XXVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Экзопланеты

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Никитина Е.Д. 1

---

1МБОУ СОШ 50

Караваев Е.П. 1

---

1МБОУ СОШ 50

Работа в формате PDF

77 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Экзопланеты, или планеты вне Солнечной системы, представляют собой одну из самых захватывающих областей современной астрономии. На сегодняшний день астрономы обнаружили тысячи таких планет, каждая из которых обладает уникальными характеристиками и условиями. Актуальностью данной темы является то, что среди проблем, связанных с загрязнением нашей планеты, пристальное внимание исследователей в последние годы привлекает вопрос о переселение людей на экзопланеты. Изменения климата, ограниченность ресурсов Земли, риск глобальных экологических катастроф и стремление человечества к исследованию и познанию, все эти факторы заставляют задумываться о поиске внеземной жизни, переселение на экзопланеты. Гипотеза: Я предполагаю, что экзопланеты – это планеты из другой галактики, мало узнаваемые нам, но примерно с приемлемым климатом, у каждого есть своя звезда, и хотя бы в одном аспекте схожи с землёй. Цель данной работы - изучить наиболее значимые экзопланеты и раскрыть на каких из ним теоретически могла бы существовать жизнь через сколько-то лет.

Чтобы достичь данную цель были поставлены следующие задачи:

1. Рассказать, как открывают экзопланеты.

2. Рассказать о экзопланетах которые выделяют учёные.

3. Подчеркнуть наибольшую значимость экзопланет.

Объект исследования - экзопланеты.

Предмет исследования - экзопланеты, наиболее пригодные для жизни людей.

Методы исследования:

1. Источники интернета.

2. Книги.

3. Советы учителей.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Открытие планет

По состоянию на конец 2024 года достоверно подтверждено существование 7379 экзопланет в 5063 планетных системах, из которых в 1028 имеется более одной планеты.

Общее количество экзопланет в галактике Млечный Путь оценивается не менее чем в 100 миллиардов. Но как же ищут и открывают экзопланеты?

1. Наблюдать за движением звезды.

Дело в том, что звезда и планета взаимодействуют друг с другом. Не планета вращается вокруг звезды, а вся система вращается вокруг своего центра масс, который находится где-то рядом с центром звезды.

Планета слишком мала, чтобы с Земли или её спутников можно было бы измерить её параметры. Но спектр свечения звезды можно получить.

Поскольку звезда движется, в этом спектре будет наблюдаться доплеровский сдвиг. Если его изолировать и измерять в течение длительного времени, можно определить период вращения звезды.

Зная массу звезды и период вращения, можно определить массу планеты. Таким образом, открыли экзопланету. Примерно половина известных экзопланет была открыта именно так.

2. Пронаблюдать прохождение планеты по диску звезды.

Проследить за тем, как планета проходит по диску звезды. Если направить телескоп в предполагаемую плоскость орбиты планеты, то в какой-то момент мы увидим, что свет звезды станет менее ярким из-за того, что планета частично её заслоняет.

Сложность заключается в том, что в этой ситуации характерное снижение яркости звезды составляет примерно 0,0002%. Это означает, что необходимы инструменты с высокой точностью. Кроме того, на поверхности звезды могут быть пятна, которые при таком методе наблюдений можно ошибочно принять за искомую планету. Наконец, между телескопом и звездой мог пролететь космический мусор, который также может быть ошибочно идентифицирован как планета.

3. Метод микролинзирования.

В соответствии с современными представлениями о гравитации, массивные тела искажают пространство вокруг себя. Чем больше масса тела, тем сильнее эти искажения.

Если между наблюдателем и исследуемым космическим объектом пролетает массивное тело, то из-за искажений можно заметить усиление свечения исследуемого объекта - своего рода вспышку. Однако увидеть эту вспышку можно только в том случае, если объект-линза сам по себе не слишком яркий.

С появлением ПЗС-матриц с большим количеством пикселей стало возможным наблюдать за множеством звёзд одновременно.

Микролинзирование имеет ряд преимуществ. Прежде всего, это наиболее точный метод. Кроме того, для обнаружения экзопланеты с помощью микролинзирования не требуется находиться на орбите этой планеты.

4. Метод определения наличия планеты по так называемому временному сдвигу.

Идея состоит в следующем: если вы наблюдаете за каким-то повторяющимся процессом, связанным с небесными телами, но его цикл вдруг сбивается, это может означать, что в процесс вовлечено ещё одно небесное тело, которое влияет на этот цикл. Вполне вероятно, что это экзопланета.

Таким образом, можно обнаруживать экзопланеты рядом с двойными звёздами или пульсарами - системами, в которых циклы хорошо прослеживаются.

Есть ещё несколько методов, которые используются реже. Один из них - определение точного положения звезды. Другой - поиск экзопланет на фотографиях, сделанных с помощью телескопов.

С помощью таких способов учёные исследуют открывают и ищут экзопланеты.

1.2 Экзопланеты, которые выделяют ученые.

По состоянию на конец 2024 года достоверно подтверждено существование 7379 экзопланет в 5063 планетных системах, из которых в 1028 имеется более одной планеты.

Общее количество экзопланет в галактике Млечный Путь оценивается не менее чем в 100 миллиардов.

Топ 6 экзопланет, которые выделяют учёные:

1. Тау Кита Е.

Тау Кита - звезда, расположенная в созвездии Кита, находится на расстоянии примерно 12 световых лет от Земли. Это расстояние позволяет увидеть её невооружённым глазом на ночном небе.

Состав звезды отличается высоким содержанием магния и кремния, что делает её примерно на 70% больше Солнца.

В системе Тау Кита есть планета, которая пока считается лишь кандидатом в экзопланеты. Она была обнаружена в 2012 году и обращается вокруг звезды за 168 земных дней.

Орбита планеты находится вблизи внутренней границы обитаемой зоны, что позволяет предположить наличие жидкой воды на поверхности. Средняя температура на планете составляет около 70 градусов Цельсия, что значительно выше средней температуры Земли. Такой климат делает планету малопригодной для жизни человека, но может быть благоприятным для развития жизни на ранних стадиях.

Радиус планеты составляет от 1,1 до 2,0 радиуса Земли, а масса примерно в 4,3 раза больше массы нашей планеты. Эти характеристики делают её привлекательной для поиска жизни в зачаточном состоянии. Возможно, когда человечество научится совершать дальние космические путешествия, Тау Кита сможет поддерживать более сложные формы жизни.

2. Росс 128 b

Росс 128 b — это экзопланета, которая находится в системе звезды Росс 128, расположенной в созвездии Девы. Была открыта в 2017 году. Расстояние от Земли до этой звезды составляет примерно 11 световых лет. Росс 128 b вторая в списке ближайших к нам экзопланет земного типа.

Звезда Росс 128 - красный карлик, как и родительская звезда предыдущей экзопланеты. С массой 0.15 массой солнца. Это один из самых распространённых типов звёзд в нашей галактике.

Возраст звезды немного больше, чем у Солнца, а масса составляет всего пятую часть от массы нашего светила.

Планета потенциально пригодна для жизни, но её масса примерно в полтора раза больше массы Земли. Это может быть проблемой для жизни, так как сила притяжения на планете примерно на 50% больше, чем на Земле.

Планета находится немного ближе к своей звезде, чем предыдущая экзопланета. Полный оборот вокруг звезды, то есть год, планета совершает всего за 10 дней.

По предварительным оценкам, температура на планете может колебаться от 0 до +21 градуса.

На данный момент является одним из наиболее вероятных кандидатов в потенциально обитаемые экзопланеты.

3. Глизе 581 c

В 2010 году самым обсуждаемым местом в Галактике стала область вокруг красного карлика Глизе 581. И снова перед нами планета, которая обращается вокруг красного карлика. Её родная звезда расположена на расстоянии 20 световых лет от Солнца в созвездии Весов.

Яркость родной звезды составляет чуть больше 1% от яркости Солнца. Возраст звезды уже около 10 миллиардов лет.

Планета находится в 14 раз ближе к своей звезде, чем Земля к Солнцу. Год на этой планете длится 13 дней. Планета довольно массивная, сила тяжести на ней примерно в 1,6 раза больше, чем на Земле.

С одной стороны, планета находится в «зоне жизни» и выглядит потенциально пригодной для жизни человека. С другой стороны, изучить её с помощью спектрального анализа сложно, и учёным приходится моделировать ситуацию на этой планете, исходя из её физических параметров.

Средняя температура на планете зависит от её атмосферы, но пока учёным не удалось это узнать. Если атмосфера похожа на земную, то климат здесь может быть очень комфортным, со средней температурой около +17 °C. Однако если атмосфера плотная, как на Венере, то температура может превышать +100 °C.

Главная проблема - планета слишком близко к своей звезде. Из-за приливных сил она может быть постоянно повёрнута к своей звезде одной стороной, что делает климат на планете непригодным для жизни. Это похоже на то, как на Луне: на одной стороне слишком жарко, а на другой - слишком холодно.

4. HD 85512 b

Была обнаружена в Августе 2011 года с помощью телескопа HARPS. Планета HD 85512 b обращается вокруг звезды HD 85512, которую учёные называют оранжевым карликом. Она обладает массой 0.69 массой Солнца. Это промежуточный тип между жёлтыми карликами, подобными нашему Солнцу, и холодными красными карликами.

Сила притяжения на этой планете в 1,4 раза больше, чем на Земле. А вот вероятность существования жидкой воды на поверхности максимальна.

Если на этой планете есть атмосфера, похожая на земную, то температура на её поверхности может достигать +78 градусов Цельсия. На объекте видна вероятность наличия жидкой воды.

Это хорошие, но не самые подходящие для жизни планеты из тех, что мы знаем. Большинство из них находятся гораздо дальше от Солнца, и их колонизация может занять тысячи лет.

Вы, вероятно, заметили, что большинство экзопланет из списка имеют большую массу, чем планета Земля.

5. Глизе 667 СС.

Глизе 667 СС была открыта 29 ноября 2011 года в Женевской обсерватории. Учёные считают, что эта экзопланета наиболее подходит для жизни из всех ближайших к Солнцу планет.

В созвездии Скорпиона есть система тройных звёзд. К одной из них и относится эта планета. Она находится на расстоянии 23 световых лет от Солнца.

Планета получает около 90 % той энергии, которую получат земля от солнца. Почи наверняка Глизе 667 СС находится в приливном захвате, тоесть повёрнута к своей звезде одной стороной.

Система тройных звёзд Глизе 667 состоит из двух оранжевых и одного красного карлика. И интересующая нас экзопланета вращается вокруг красного карлика.

По оценкам специалистов, средняя температура здесь составляет около +27 градусов по Цельсию.

Однако есть один недостаток. Масса планеты как минимум в 3,8 раза больше, чем у Земли.

Учёные полагают, что на этой планете может существовать жизнь, хотя и в примитивной форме. Но если там есть разумная жизнь, то она, вероятно, ищет способы покинуть планету. Ведь улететь с массивного мира с высокой гравитацией очень сложно. Для этого нужны более мощные двигатели и большое количество топлива.

1.3 Значимость экзопланет.

Экзопланеты играют важную роль для различных областей науки и общества в целом.

Несколько аспектов значимости экзопланет:

1. Поиск потенциально пригодных для жизни миров.

В частности, особый интерес представляют так называемые «обитаемые зоны» — планеты, расположенные на таком расстоянии от своей звезды, где температура позволяет воде находиться в жидком состоянии. Вода является необходимым условием для зарождения и существования жизни, поэтому такие планеты представляют особый интерес для учёных.

2. Некоторые учёные предполагают, что следующий этап в эволюции человечества — это перемещение на другие планеты.

По их мнению, распространение жизни за пределы нашей планеты значительно увеличит шансы нашего вида на выживание в долгосрочной перспективе.

3. Открытие новых экономических возможностей.

Такие как добыча редких минералов, производство энергии и создание новых рынков товаров и услуг. Это могло бы стимулировать экономический рост и инновации.

4. Многообразие планетных систем.

Некоторые из них содержат планеты, размером с Юпитер, которые вращаются очень близко к своим звёздам, известные как «горячие юпитеры». В других системах обнаружены суперземли — планеты, превосходящие Землю по размеру, но не достигающие масштабов газовых гигантов. Эти открытия значительно расширяют наши представления о том, как могут формироваться планетные системы.

5. Восприятие мира.

Открытие экзопланет заставляет человечество задуматься о нашем месте во Вселенной. Осознание того, что вокруг других звёзд вращаются миллиарды планет, заставляет нас осознать, насколько уникальна наша Земля и жизнь на ней. Это имеет глубокие философские и культурные последствия, которые влияют на наше восприятие мира и нашего предназначения в нём.

Таким образом, мы узнали о методах открытия экзопланет, о экзопалентах, которые выделяют ученые и о наибольшей значимости экзопланет.

ГЛАВА 2. ОПИСАНИЕ МЕТОДИКИ.

2.1 Методы исследования.

Для своей работы я выбрала такой метод исследование как сравнение. С помощью сравнения можно наглядно показать и изучить экзопланеты и сравнить их с нашей планетой Земля. Ведь экзопланеты должны обладать такими же свойствами как и Земля или лучше. Метод сравнения будет сделан в виде таблицы, где сравнение экзопланет с Землёй будет формироваться по критериям.

2.2 Критерии.

1.Расстояние от звезды. Расстояние от звезды глубоко влияет на климат, температуру, атмосферу и существования жизни на планете. Планета Земля третья по счёту от своей звезды - солнца. Это одно из оптимальных расположений, где может существовать жизнь, позволяет поддерживать температуру, при которой вода может существовать в жидком состоянии. Это так называемая «зона обитаемости». Расстояние от звезды будем писать в астрономической единице.

2.Наличие воды. В 1959 г. исследователь из Калифорнийского университета в Беркли Су-Шу Хуан понимал под зоной жизни такую область вокруг звезды, в пределах которой на поверхности Земли может существовать вода. Без воды не может существовать жизнь. Это один из главных факторов сравнения экзопланет. Наличие воды влияет на температуру, атмосферу и формирования рельефа.

3.Атмосфера. Она защищает планету от вредного космического излучения и метеоритов. Атмосфера защищает планету от переохлаждения ночью и перегрева днём, собственно говоря влияет на температуру. Один из ключевых аспектов атмосферы это кислород и другие газы для существования жизни. Состав атмосферы глубоко влияет на благоприятную среду обитания.

4.Температура. Температура планет является одним из важных факторов для определения её потенциальной обитаемости. Слишком высокая или низкая температура делает планету непригодной для существования жидкой воды, а значит и, для большинства известных нам форм жизни. Высокая температура на планете может свидетельствовать о наличии парникового эффекта, который возникает, когда атмосфера удерживает тепло от звезды. Это явление может сделать планету слишком горячей для жизни, даже если она находится в пределах зоны обитаемости. Примером такой ситуации является Венера в Солнечной системе, где температура поверхности достигает около 460°С из-за мощного парникового эффекта.

5.Количество световых лет от Земли. Это расстояние Звезды экзопланеты от Земли. Если звезда находиться далеко от Земли, то изучить её будет тяжелее. Чем ближе звезда экзопланета находится к Земле тем лучше. 1 световой год равен 63 241 астрономической единице. Так же количество световых лет важно для оценки вероятности нахождения экзопланет в зонах обитаемости. Звёзды разного типа имеют различные размеры зон обитаемости, и чем ближе планета к звезде, тем больше вероятность того, что она получит нужное количество энергии для поддержания комфортной температуры. Однако слишком близкое расположение увеличивает риск неблагоприятных воздействий, таких как ультрафиолетовое излучение и вспышки активности звезды.

6. Масса экзопланеты. Масса экзопланеты должна быть не больше массы Земли, так как увеличится гравитационное ускорение. Она определяет форму и устойчивость планеты, способность удерживать атмосферу и возможность поддерживать жизнь. Планеты должны обладать достаточной массой, чтобы достичь состояния гидростатического равновесия и приобрести сферическую форму.

ГЛАВА 3. ИСЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ

Проведя сравнение экзопланет с Землёй, можно выделить следующие экзопланеты:

1.По расстоянию от Звезды выигрывает экзопланета-HD85512 b, у неё наиболее приближённое расстояние к а.е.

2.По наличию воды можно выделить планету Глизе 667 cc и Росс 128 b, т.к на них точно подтверждена вода.

3.Температура наиболее приближённая как у Земли на экзопланетах Глизе 667 cc и HD 85512 b.

4.Атмосфера подобна земной на планетах Глизе 667 cc и HD 85512 b, на других планетах она не исследована или не подобна Земле.

5.Меньше световых лет от Земли у планеты Глизе 581 c, однако у экзопланеты другие показатели не так уж хороши и в книге Элизабет Таскер фабрика планет, экзопланету Глизе 581 c хотят исключить из списка серьёзных претендентов на роль пригодных для жизни экзопланет. Следующий кандидат экзопланета Росс 128 b.

6.По массе экзопланет можно выделить планету HD 85512 b.

Результаты сравнения экзопланет представлены в приложении 1.

После проведения таблицы и выделения лучших кандидатов в различных критериях можно выделить HD 85512 b, Глизе 667 cc а так же Росс 128 b. Эти экзопланеты наиболее достойны в список серьёзных претендентов на роль пригодных для жизни экзопланет.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном реферате была рассмотрена тема экзопланеты. Экзопланеты в наше время играют очень важную роль. И человечество задумывается о переселении людей на экзопланеты. Целью работы было изучить наиболее значимые экзопланеты и раскрыть на каких бы теоретически могла бы существовать жизнь. В 1 главе обзоре литературы мы узнали об экзопланетах, которые выделяют учёные — это Тау Кита Е, Росс 128 b, Глизе 581 c, HD85512 b, Глизе 667 cc. Раскрыли как находят экзопланеты- наблюдение за движением звезды, наблюдение прохождения планеты по диску звезды, метод микро линзирования, метод определения наличия планеты по так называемому временному сдвигу, а также с помощью телескопа. Подчеркнули наибольшую значимость экзопланет- это поиск потенциально пригодных для жизни миров, следующий этап в эволюции человечества, открытие новых экономических возможностей, многообразие планетных систем и восприятие мира. В главе 2 я раскрыла почему именно метод сравнение подходит для данной темы и описала критерии. В исследовательской части при помощи таблицы я выявила 3 кандидатов — это Глизе 667 cc, HD86612 b, Росс 128 b. Эти экзопланеты наиболее достойны в список экзопланет на которых теоретически могла существовать жизнь. Цель достигнута. Данное изучение позволило мне открыть новые познания в сфере астрономии, изучить экзопланеты и понять что это, понять почему учёные выделяют именно эти экзопланеты из 7379 экзопланет.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Kaspersky: - Москва – 2016-URL: https://www.kaspersky.ru. (дата обращения 04.02.25.)

2. РКБ Тренд: - Санкт Петербург- 2021- URL: (дата обращения 04.02.25.)

3.Hi- News.ru: -Москва – 2016-URL: https://hi-news.ru/eto-interesno/10-ekzoplanet-kolonizaciej-kotoryx-vozmozhno-zajmutsya-nashi-potomki.html (дата обращения 04.02.25)

4.Novate: -Москва-2016-URL: https://novate.ru/blogs/260216/35199/ (дата обращения 04.02.25.

5.Фабрика планет: Экзопланеты и поиски второй Земли / Элизабет Таскер; Пер. с англ. — М.: Альпина нон-фикшн, 2019. — 486 с.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1