Солнечная система

Прогресс в развитии космической техники позволил вплотную подойти к изучению строения и эволюции отдельных планет Солнечной системы и изучать внесолнечные планеты (называемые экзопланетами от англ. extra-solar), что качественно дополняет новую отрасль естествознания — сравнительную планетологию  — научное направление, которое занимается сравнительным анализом строения планет и Земли, в частности. 

До  1992 года Солнечная система была единственным примером планетной системы, и вопрос о распространенности планетных систем был вне компетентности науки, опирающейся, прежде всего, на наблюдательные данные. Открытие первой экзопланеты около звезды солнечного типа 51 Пегаса положило начало успешному поиску и исследованию экзопланет. Сейчас уже известно, что планетные системы широко распространены, и что процессы формирования планет приводят к очень многообразным результатам. Так, сегодня открыты планеты с массами значительно больше массы Юпитера, планеты, движущиеся по высокоэллиптичным орбитам, планеты в резонансных многопланетных (кратных звездных) системах и планеты, вращающиеся вокруг компонентов двойных звездных систем. Понимание физических причин такого разнообразия является центральной проблемой  космогонии и сравнительной планетологии. 

Исследование экзопланет фактически объединяет астрофизику и планетные исследования. К настоящему времени открыто более 600 планет около других звезд (по материалам интерактивного Интернет каталога).

Как стало известно благодаря астрономическим наблюдениям экзопланет, планетные системы и их предшественники – газово-пылевые оболочки дисковидной формы – образуются вокруг звезд различных типов: вокруг солнечноподобных звезд главной последовательности (α Лиры Веги, ε Эридана,  α Южной Рыбы и др.), вокруг молодых звезд с возрастом не более 10 млн. лет, вокруг двойных звезд на широких и тесных орбитах, вокруг белых карликов и нейтронных звезд.

Газово-пылевые диски выживают, эволюционируют в планеты или рассеиваются. Сравнительная планетология изучает более детальные модели образования Солнечной системы, необходимые условия планетообразования, классификацию планетных систем, условия возникновения жизни, по крайней мере, в той форме, в какой она существует на Земле. 

Количество возможных планетных систем в нашей Галактике оценивается ~ 10¹¹. Распространенность планетных систем в нашей Галактике и, по всей видимости, во Вселенной в целом подтверждает универсальность физических законов и сходства химического состава вещества в нашей Галактике, что, в свою очередь, является основанием для предположения о существовании жизни, в том числе и разумной, в других наблюдаемых уголках нашей Галактики.

В связи с открытием в 2001 году так называемых «коричневых карликов» резонно возникает вопрос об определении понятия планеты. Сейчас из наблюдательных данных стало ясно, что тела Солнечной системы неполно описывают возможные типы планет. В частности, наблюдаемыми http://www.wired.com/wiredscience/2011/05/cold-lonely-exoplanets/ оказались предсказанные еще выдающимся советским планетологом В. И. Морозом [Кононович Э.В., Мороз В.И. Общий курс астрономии. 2-е изд., испр. - М.: Едиториал УРСС, 2004. - 544 с.  ] холодные объекты–гибриды в созвездиях Персея и Ориона. Эти объекты близки к планетам из-за низкой температуры и массы, превышающей массу известного газового гиганта Юпитера только в 5-10 раз, но при этом они автономны как звезды и не обращаются вокруг родительской звезды.   

Большинство внесолнечных планет открыто с Земли методом измерения лучевых скоростей родительских звезд – прецизионным спектроскопическим методом. Точность измерения лучевой скорости звезды может достигать 1 м/с! Однако этот метод позволяет обнаруживать на произвольных орбитах лишь планеты-гиганты, а «нептуны» и планеты земного типа – только на тесных орбитах с малым периодом обращения. Помимо допплеровской спектроскопии существуют еще несколько методов обнаружения планет. Наибольший вклад дал поиск так называемых "транзитов" – затмений звезд их планетами. Этот метод очень результативен, он позволяет получить спектр экзопланеты, а при совмещении с методом лучевых скоростей способен дать уникальные результаты. Однако современное состояние наземной фотометрии позволяет фиксировать лишь большие экзопланеты, например "горячие юпитеры". 

В 2006 и 2009 годах были запущены первые специализированные космические обсерватории COROT (КНЕС) и Kepler (НАСА), предназначенные для поиска транзитов у десятков и сотен тысяч слабых звезд (до 18 звездной величины). COROT (англ. COnvection ROtation and planetary Transits) — космический телескоп, созданный КНЕС при участии ЕКА.  Телескоп состоит из двух параболических зеркал с фокусным расстоянием 1,1 м (диаметр входного зрачка 27 см). Аппаратура представляет собой широкоугольную камеру на четырех ПЗС-матрицах 2048x4096 пикс. Сейчас телескоп COROT открыл  20 экзопланет. Kepler – космическая обсерватория НАСА, состоящая из телескопа диаметром 95 см, оснащенная сверхчувствительным фотометром, специально предназначенная для поиска экзопланет земного типа методом транзитов. Обсерватория выведена на орбиту 6 марта 2009 года. Она позволит отследить яркость более чем 150 000 звёзд в течение 3,5 лет. 1 февраля 2010 года командой Кеплера было объявлено об открытии 1235 транзитных кандидатов в планеты в 997 планетных системах. К настоящему моменту методом лучевых скоростей подтверждена планетная природа 21 кандидата, находящегося в 13 планетных системах (некоторые из открытых Кеплером систем – многопланетные, самая «населенная» система Kepler-11 включает в себя шесть транзитных планет). Также из анализа данных Кеплера стало ясно, что небольшие планеты встречаются чаще крупных, и что вероятность обнаружить у звезды планету ближе 0.5 а.е. достигает 34%.

Планируемые астрометрические миссии Gaia (ЕКА) и SIM (НАСА) однако Gaia полетит не раньше 2013 года, а проект SIM заморожен!. Их основная задача - измерения параллаксов звезд и картографирование всей Галактики. Поиск планет является для них второстепенной задачей, однако их вклад, возможно, будет решающим. Gaia сможет обнаружить большинство коричневых карликов и газовых гигантов. 

Ожидается, что за планетными системами, обнаруженными COROT, Kepler, Gaia и SIM будут продолжены наблюдения будущими аппаратами проектов Дарвин и TPF. Используя технологии нуль-интерференции и звездной коронографии, эти миссии должны получить первые изображения похожих на Землю планет, найденных другими космическими миссиями. В более отдаленной перспективе стоит проект Planet Imager, задача которого получить изображения планеты размером с Землю с расстояния в 10 парсек с разрешением 25 на 25 пикселей. 

Российский проект «Звездный Патруль» планируется для развития аппаратуры и отработки методик для поиска экзопланет земного типа. Теоретически и на лабораторных прототипах показано, что  используя усовершенствованные технологии нуль-интерференции можно обнаружить и непосредственно наблюдать экзопланеты земного типа в ближнем -ИК диапазоне при помощи телескопа космического базирования диаметром не более 1м. По сравнению с планируемыми проектами Дарвин и TPF, «Звездный патруль»… 

Кроме того, оснащенные современной спектрометрической аппаратурой телескоп будет использован для исследования объектов Солнечной системы и других астрофизических объектов.

Для успешной реализации проекта «Звездный Патруль» необходимо решить ряд технических задач, связанных с компенсацией возмущений орбитального полета, и задачей удержания оси коронографа на оси звезды, наблюдаемой через телескоп, гидированию и наведению измерительного комплекса в течении продолжительной по времени экспозиции. 

Многие технологии, планируемые для использования в телескопе проекта «Звездный Патруль», будут отработаны в ходе реализации пилотного проекта «Планетный Мониторинг»: телескоп диаметром 60 см на МКС (2010-2015).

Фотометрическая часть проекта «Звездный патруль» посвящена поиску и изучению экзопланет транзитным методом. Среди привлекательных целей проекта – ближайшие к Солнцу достаточно яркие красные карлики – звезды, составляющие абсолютное большинство звездного населения Галактики. У красных карликов обитаемая зона находится на расстоянии ~0.1 а.е. от звезды, где вероятность транзитной конфигурации составляет 1-2%. При наблюдении нескольких сотен таких звезд возможно не только открытие десятка транзитных планет в обитаемой зоне, но и получение их спектральных характеристик, позволяющих, в частности, достоверно обнаружить обитаемые планеты. 

Проект «Звездный патруль» предлагается для внесения в Федеральную космическую программу России 2016-2025. Запланировано провести НИР по проекту «Звездный патруль» с 2012 года и далее создавать измерительный комплекс на стадиях ОКРа и планировать летную эксплуатацию для решения научных задач сравнительной планетологии, включающую наблюдения тел и событий Солнечной системы и исследование внесолнечных планетных и протопланетных систем.  

Назад