Планетная система

редактировать
Набор незвездных объектов на орбите вокруг звезды

Художественная концепция планетной системы

A планетная система представляет собой набор гравитационно связанных не- звездных объектов, находящихся на орбите или вне их звезды или звездной системы.. Вообще говоря, системы с одной или несколькими планетами составляют планетную систему, хотя такие системы могут также состоять из таких тел, как карликовые планеты, астероиды, естественные спутники, метеороиды, кометы, планетезимали и околозвездные диски. Солнце вместе с вращающимися вокруг него планетами, включая Землю, известно как Солнечная система. Термин экзопланетная система иногда используется в отношении других планетных систем.

По состоянию на 1 ноября 2020 года насчитывается 4370 подтвержденных экзопланет в 3230 системах, при этом 715 систем имеют более одной планеты. Известно, что диски обломков также встречаются часто, хотя другие объекты наблюдать труднее.

Особый интерес для астробиологии представляет обитаемая зона планетных систем, где планеты могут иметь жидкую воду на поверхности и, следовательно, способность поддерживать жизнь, подобную Земле.

Содержание

  • 1 История
    • 1.1 Гелиоцентризм
    • 1.2 Открытие Солнечной системы
    • 1.3 Спекуляции на внесолнечных планетных системах
    • 1.4 Обнаружение экзопланет
  • 2 Происхождение и эволюция
    • 2.1 Развитые системы
      • 2.1.1 Звезды с большой массой
      • 2.1.2 Звезды с меньшей массой
  • 3 Архитектура системы
    • 3.1 Компоненты
      • 3.1.1 Планеты и звезды
      • 3.1.2 Околозвездные диски и пылевые структуры
      • 3.1.3 Кометы
      • 3.1.4 Другие компоненты
    • 3.2 Конфигурации орбит
      • 3.2.1 Взаимное наклонение
      • 3.2.2 Орбитальная динамика
      • 3.2.3 Количество планет, относительные параметры и расстояния
      • 3.2.4 Захват планет
  • 4 Зоны
    • 4.1 Жилая зона
    • 4.2 Зона Венеры
  • 5 Галактическое распределение планет
  • 6 См. также
  • 7 Ссылки
  • 8 Дополнительная литература

История

Гелиоцентризм

Исторически гелиоцентризм (доктрина о том, что Солнце находится в центре вселенной) противопоставляется геоцентризм (размещение Земли в центре Вселенной).

Понятие гелиоцентрической Солнечной системы с Солнцем в центре, возможно, впервые было предложено в ведической литературе древней Индии, которые часто называют Солнце «центром сфер». Некоторые интерпретируют записи Арьябхатты в Арьябхатия как неявно гелиоцентрические.

Идея была впервые предложена в западной философии и греческой астрономии еще в 3 веке до нашей эры Аристархом Самосским, но не получила поддержка со стороны большинства других древних астрономов.

Открытие Солнечной системы

Гелиоцентрическая модель Солнечной системы в Коперник 'рукопись

De Revolutionibus orbium coelestium автора Николай Коперник, опубликованный в 1543 году, представил первую математически предсказуемую гелиоцентрическую модель планетной системы. Преемники 17 века Галилео Галилей, Иоганн Кеплер и сэр Исаак Ньютон развили понимание физики, что привело к постепенному принятию идея, что Земля вращается вокруг Солнца и что планеты управляются теми же физическими законами, которые управляли Землей.

Спекуляции на внесолнечных планетных системах

В XVI веке итальянский философ Джордано Бруно, один из первых сторонников теории Коперника, что Земля и другие планеты вращаются вокруг Солнца, выдвинули точку зрения, что неподвижные звезды подобны Солнцу и также сопровождаются планетами. За свои идеи он был сожжен на костре римской инквизицией.

. В 18 веке такая же возможность была упомянута сэром Исааком Ньютоном в «Генерале Схолиум » это завершает его Principia. Сравнивая с планетами Солнца, он писал: «И если неподвижные звезды являются центрами подобных систем, все они будут построены по схожему замыслу и подчиняться владычеству Единого».

Его теории набирала обороты в 19 и 20 веках, несмотря на отсутствие подтверждающих доказательств. Задолго до того, как их подтвердили астрономы, предположения о природе планетных систем были в центре внимания поисков внеземного разума, а были преобладающей темой в художественной литературе, особенно в научной фантастике.

Обнаружение экзопланет

Первое подтвержденное обнаружение экзопланеты было в 1992 году, когда было обнаружено несколько планет земного типа, вращающихся вокруг пульсара PSR B1257 + 12. Первое подтвержденное обнаружение экзопланет звезды главной последовательности было сделано в 1995 году, когда планета-гигант 51 Pegasi b была обнаружена на четырехдневной орбите вокруг ближайшего Звезда G-типа 51 Пегас. С тех пор частота обнаружения увеличилась, в частности, благодаря усовершенствованию методов обнаружения внесолнечных планет и специальных программ поиска планет, таких как миссия Кеплера.

Происхождение и эволюция

Художественная концепция a протопланетный диск

Планетные системы происходят из протопланетных дисков, которые образуются вокруг звезд как часть процесса звездообразования.

Во время формирования системы большое количество материала гравитационно рассеивается в далекие орбиты, и некоторые планеты полностью выбрасываются из системы, становясь планетами-изгоями.

Развитые системы

Звезды большой массы

Планеты на орбите пульсаров имеют был обнаружен. Пульсары - это остатки сверхновых взрывов звезд большой массы, но планетная система, существовавшая до сверхновой, скорее всего, будет в основном разрушена. Планеты либо испарялись, либо сбивались со своих орбит массами газа взрывающейся звезды, либо внезапная потеря большей части массы центральной звезды заставляла бы их покинуть гравитационную хватку звезды, либо в некоторых случаях сверхновая вытолкнет сам пульсар из системы с высокой скоростью, так что любые планеты, пережившие взрыв, останутся в виде свободно плавающих объектов. Планеты, обнаруженные вокруг пульсаров, возможно, образовались в результате ранее существовавших звездных спутников, которые почти полностью испарились в результате взрыва сверхновой, оставив после себя тела размером с планету. В качестве альтернативы, планеты могут формироваться в аккреционном диске из запаса материи, окружающего пульсар. Запасные диски вещества, которые не смогли покинуть орбиту во время сверхновой, также могут образовывать планеты вокруг черных дыр.

звезд меньшей массы

Протопланетные диски, наблюдаемые с помощью Очень Большого телескопа.

По мере того, как звезды эволюционируют и превращаются в красных гигантов, асимптотических гигантских ветвей звезд и планетарных туманностей, которые они поглощают внутренние планеты, испаряя или частично испаряя их в зависимости от того, насколько они массивны. По мере того как звезда теряет массу, планеты, которые не были поглощены, удаляются от звезды.

Если эволюционировавшая звезда находится в двойной или кратной системе, то теряемая ею масса может передаваться другой звезде, создавая новые протопланетные диски и планеты второго и третьего поколения, которые могут отличаться по составу от исходных планет, которые также может влиять массообмен.

Архитектура системы

Солнечная система состоит из внутренней области маленьких каменистых планет и внешней области больших газовых гигантов. Однако другие планетные системы могут иметь совершенно иную архитектуру. Исследования показывают, что архитектура планетных систем зависит от условий их первоначального формирования. Было обнаружено много систем с газовым гигантом горячим Юпитером, очень близким к звезде. Теории, такие как планетная миграция или рассеяние, были предложены для образования больших планет, близких к их родительским звездам. В настоящее время найдено несколько систем, аналогичных Солнечной системе, с планетами земной группы, близкими к родительской звезде. Чаще обнаруживаются системы, состоящие из нескольких Суперземель.

Компоненты

Планеты и звезды

Спектральная классификация Моргана-Кинана

Наиболее известная экзопланеты вращаются вокруг звезд, примерно похожих на Солнце, то есть звезд главной последовательности из спектральных категорий F, G или K. Одна из причин заключается в том, что планета- поисковые программы, как правило, концентрируются на таких звездах. Кроме того, статистический анализ показывает, что звезды с меньшей массой (красные карлики, спектральной категории M) с меньшей вероятностью имеют планеты, достаточно массивные, чтобы их можно было обнаружить с помощью радиально- скоростной метод. Тем не менее, несколько десятков планет вокруг красных карликов были обнаружены космическим аппаратом Кеплер с помощью транзитного метода, который может обнаруживать меньшие планеты.

околозвездные диски и пылевые структуры

диски обломков, обнаруженные на HST архивных изображениях молодых звезд HD 141943 и HD 191089 с использованием улучшенных процессов построения изображений (24 апреля 2014 г.)

После планет околозвездные диски являются одним из наиболее часто наблюдаемых свойств планетных систем, особенно молодых звезд. Солнечная система обладает как минимум четырьмя большими околозвездными дисками (пояс астероидов, пояс Койпера, рассеянный диск и облако Оорта ) и четко наблюдаемые диски были обнаружены вокруг ближайших солнечных аналогов, включая Эпсилон Эридана и Тау Кита. На основании наблюдений за многочисленными подобными дисками предполагается, что они являются довольно обычными атрибутами звезд на главной последовательности.

Межпланетные пылевые облака были изучены в Солнечной системе, и предполагается, что их аналоги присутствуют в других планетные системы. Экзозодиакальная пыль, экзопланетная аналог зодиакальной пыли, частицы аморфного углерода и силикатной пыли размером 1–100 мкм, которые заполняют Самолет Солнечной системы был обнаружен вокруг систем 51 Змееносца, Фомальгаут, Тау Кита и Вега.

Кометы

По состоянию на ноябрь 2014 г. известно 5 253 кометы Солнечной системы, и они считаются обычными компонентами планетных систем. Первые экзокометы были обнаружены в 1987 году около Beta Pictoris, очень молодой звезды главной последовательности A-типа. В настоящее время насчитывается 11 звезд, вокруг которых наблюдались или предполагались экзокометы. Все обнаруженные экзокометарные системы (Beta Pictoris, HR 10, 51 Ophiuchi, 49 Ceti, 5 Vulpeculae, 2 Андромеды и совсем недавно HD 172555 ) находятся вокруг очень молодых звезд A-типа.

Другие компоненты

Компьютерное моделирование удара в 2013 г., обнаруженный вокруг звезды NGC 2547 -ID8 с помощью космического телескопа Spitzer и подтвержденный наземными наблюдениями, предполагает участие крупных астероидов или протопланет, подобных предполагаемым событиям привели к образованию планет земной группы, таких как Земля.

Основываясь на наблюдениях за большой коллекцией естественных спутников Солнечной системы, они считаются общими компонентами планетных систем; однако экзолуны пока ускользают от подтверждения. Звезда 1SWASP J140747.93-394542.6 в созвездии Центавр является сильным кандидатом на роль естественного спутника. Судя по имеющимся данным, подтвержденная внесолнечная планета WASP-12b также имеет по крайней мере один спутник.

Конфигурации орбит

В отличие от Солнечной системы, орбиты которой почти круговые, многие известные планетные системы имеют гораздо более высокий эксцентриситет орбиты. Примером такой системы является 16 Лебедя.

Взаимное наклонение

Взаимное наклон между двумя планетами - это угол между их плоскостями орбиты. Ожидается, что многие компактные системы с множеством близких планет внутри эквивалентной орбиты Венеры будут иметь очень низкие взаимные наклоны, поэтому система (по крайней мере, близкая часть) будет даже более плоской, чем солнечная система. Захваченные планеты могут быть захвачены под любым произвольным углом к ​​остальной части системы. По состоянию на 2016 год существует всего несколько систем, в которых фактически измерялись взаимные наклонения. Одним из примеров является система Upsilon Andromedae : планеты c и d имеют взаимное наклонение около 30 градусов.

Орбитальная динамика

Планетные системы можно разделить в соответствии с их орбитальной динамикой на резонансные, нерезонансно-взаимодействующие, иерархические или некоторые их комбинации. В резонансных системах орбитальные периоды планет выражены в целочисленных отношениях. Система Kepler-223 содержит четыре планеты в орбитальном резонансе 8: 6: 4: 3 . Планеты-гиганты чаще встречаются в резонансах среднего движения, чем планеты меньшего размера. Во взаимодействующих системах орбиты планет достаточно близки друг к другу, что нарушает их орбитальные параметры. Солнечную систему можно охарактеризовать как слабо взаимодействующую. В сильно взаимодействующих системах законы Кеплера не выполняются. В иерархических системах планеты устроены так, что с точки зрения гравитации система может рассматриваться как вложенная система двух тел, например в звезде с близким горячим юпитером и другим газовым гигантом, находящимся намного дальше, звезда и горячий юпитер образуют пару, которая появляется как единый объект для другой планеты, находящейся достаточно далеко.

Другие, пока не наблюдаемые орбитальные возможности включают: двойные планеты ; различные коорбитальные планеты, такие как квазиспутники, трояны и обменные орбиты; и взаимосвязанные орбиты, поддерживаемые прецессирующими орбитальными плоскостями.

Число планет, относительные параметры и расстояния

Расстояние между орбиты разных систем, обнаруженных космическим кораблем «Кеплер», сильно различаются.

Захват планеты

Свободно плавающие планеты в рассеянных скоплениях имеют скорости, близкие к звездным, и поэтому могут быть отбита. Обычно их захватывают на широкие орбиты между 100 и 10 а.е. Эффективность захвата уменьшается с увеличением размера кластера, а для данного размера кластера она увеличивается с увеличением массы хоста / первичного элемента. Он почти не зависит от массы планеты. Одиночные и множественные планеты могут быть захвачены на произвольные невыровненные орбиты, некомпланарные друг другу, со вращением звездного хозяина или уже существующей планетной системой. Некоторая корреляция металличности планета-хозяин все еще может существовать из-за общего происхождения звезд из одного и того же скопления. Маловероятно, что планеты будут захвачены вокруг нейтронных звезд, потому что они, вероятно, будут выброшены из скопления в результате пульсарного удара при их формировании. Планеты могут даже быть захвачены вокруг других планет, чтобы сформировать свободно плавающие двойные планеты. После того, как скопление рассредоточится, некоторые из захваченных планет с орбитами больше 10 а.е. будут медленно разрушены галактическим приливом и, вероятно, снова станут свободно плавающими из-за встреч с другими звездами поля или гигантскими молекулярными облаками..

Зоны

Жилая зона

Расположение жилой зоны вокруг разных типов звезд

Жилая зона вокруг звезды - это область, где температура подходит для того, чтобы жидкая вода могла существовать на планета; то есть не слишком близко к звезде, чтобы вода испарялась, и не слишком далеко от звезды, чтобы вода могла замерзнуть. Тепло, производимое звездами, варьируется в зависимости от размера и возраста звезды, поэтому обитаемая зона может находиться на разных расстояниях. Кроме того, атмосферные условия на планете влияют на способность планеты удерживать тепло, поэтому расположение обитаемой зоны также зависит от каждого типа планеты.

Зоны обитания обычно определяются с точки зрения температуры поверхности; однако более половины биомассы Земли создается подповерхностными микробами, и температура увеличивается по мере того, как человек погружается вглубь земли, поэтому подповерхность может быть благоприятной для жизни, когда поверхность заморожена, и, если это учитывать, обитаемая зона простирается намного дальше от звезды..

Исследования в 2013 году показали, что, по оценкам, 22 ± 8% звезд, подобных Солнцу, имеют планету размером с Землю в обитаемой зоне.

Зона Венеры

Зона Венеры - это область вокруг звезды, где планета земного типа будет иметь неконтролируемые парниковые условия, такие как Венера, но не так близко к звезде. что атмосфера полностью испаряется. Как и в случае с обитаемой зоной, расположение зоны Венеры зависит от нескольких факторов, включая тип звезды и свойства планет, такие как масса, скорость вращения и атмосферные облака. Исследования данных космического корабля Кеплер показывают, что 32% красных карликов потенциально имеют планеты, подобные Венере, в зависимости от размера планеты и расстояния от звезды, что возрастает до 45% для типа K и G-типа звезд. Было идентифицировано несколько кандидатов, но необходимы последующие спектроскопические исследования их атмосфер, чтобы определить, похожи ли они на Венеру.

Галактическое распределение планет

90% планет с известными расстояниями находятся в пределах примерно 2000 световых лет от Земли, по состоянию на июль 2014 года.

Млечный Путь составляет 100 000 световых лет в поперечнике, но 90% планет с известными расстояниями находятся в пределах примерно 2000 световых. лет Земли, по состоянию на июль 2014 года. Одним из методов обнаружения планет, находящихся намного дальше, является микролинзирование. Космический аппарат WFIRST может использовать микролинзирование для измерения относительной частоты планет в галактическом балдже vs. галактический диск. Пока что есть признаки того, что планеты чаще встречаются в диске, чем в балджах. Оценить расстояние до событий микролинзирования сложно: первая планета с высокой вероятностью попадания в балдж находится на расстоянии 7,7 килопарсеков (около 25 000 световых лет).

Население I, или металл. -богатые звезды - это те молодые звезды, металличность наивысшая. Высокая металличность звезд населения I делает их более вероятными обладателями планетных систем, чем более старые популяции, потому что планеты образуются за счет аккреции металлов. Солнце - пример звезды, богатой металлами. Они обычны в спиральных рукавах в Млечном Пути. Как правило, самые молодые звезды, крайняя популяция I, находятся дальше, а звезды промежуточной популяции I - дальше и т. Д. Солнце считается звездой промежуточной популяции I. Звезды населения I имеют правильные эллиптические орбиты вокруг Галактического центра с низкой относительной скоростью.

населения II или бедными металлами звездами, имеют относительно низкую металличность, которая может иметь в сотни (например, BD + 17 ° 3248 ) или тысячи (например, Звезда Снедена ) раз меньшую металличность, чем Солнце. Эти объекты сформировались в более ранние времена Вселенной. Звезды промежуточного населения II обычно встречаются в балдже около центра Млечного Пути, тогда как звезды населения II, обнаруженные в галактическом гало, более старые и, следовательно, более металлические. -плохо. Шаровые скопления также содержат большое количество звезд населения II. В 2014 году было объявлено о первых планетах вокруг звезды-гало около звезды Каптейна, ближайшей к Земле звезды-гало, на расстоянии около 13 световых лет. Однако более поздние исследования показывают, что Каптейн b - это просто артефакт звездной активности и что Каптейн c нуждается в дополнительных исследованиях для подтверждения. Металличность звезды Каптейна оценивается примерно в 8 раз меньше, чем у Солнца.

Различные типы галактик имеют разную историю звездообразования и, следовательно, формирование планеты. На формирование планет влияют возраст, металличность и орбиты звездного населения в галактике. Распределение звездного населения внутри галактики варьируется в зависимости от типа галактик. Звезды в эллиптических галактиках намного старше звезд в спиральных галактиках. Большинство эллиптических галактик содержат в основном маломассивные звезды с минимальной активностью звездообразования. Распределение различных типов галактик во вселенной зависит от их расположения в скоплениях галактик, при этом эллиптические галактики находятся в основном близко к их центрам.

См. Также

  • значок Звездный портал

Ссылки

Дополнительная литература

На Викискладе есть материалы, связанные с to Планетные системы.
Последняя правка сделана 2021-06-02 07:34:19
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте