Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Введение
• 1. Понятие обитаемой зоны
• 1.1 Формулы для вычисления границ обитаемой зоны
• 1.2 Зависимость границ обитаемой зоны от физических характеристик звезды
• 1.3 Эффективный радиус земной орбиты
• 2. Экзопланеты в обитаемой зоне
• Заключение
• Список использованной литературы


Введение

До 1995 года Солнечная система была единственным примером планетной системы вокруг солнцеподобной звезды, и вопрос о распространенности планетных систем был скорее философским, нежели научным. Открытие экзопланеты, вращающейся вокруг звезды 51 Пегаса, положило начало постоянному росту числа известных экзопланет. В течение следующих десяти лет стало известно, что газовые гиганты широко распространены, что процесс формирования планет может давать удивительное разнообразие конфигураций. Были обнаружены планеты с массами значительно больше массы Юпитера, планеты, движущиеся по высокоэллиптичным орбитам, планеты, вращающиеся на расстоянии менее 10 звездных радиусов, планеты в резонансных многопланетных системах и планеты, вращающиеся вокруг компонентов двойных звездных систем.

Понимание физических причин такого разнообразия является центральной проблемой теории формирования планет. Роль наблюдений состоит в нахождении ограничений, которые помогут теоретикам моделировать широкий спектр свойств наблюдаемых внесолнечных планет. К моменту первой конференции PPIV было известно 7 или 8 планет (и 17 кандидатов в планеты было оглашено во время слушаний). На 15 марта 2015 года достоверно подтверждено существование 1901 экзопланеты в 1199 планетных системах, из которых в 478 имеется более одной планеты, [1]. Следует отметить, что количество надёжных кандидатов в экзопланеты значительно больше. Так, по проекту «Кеплер» на январь 2015 года числилось ещё 4175 надёжных кандидатов, однако для получения ими статуса подтверждённых планет требуется их повторная регистрация с помощью наземных телескопов.

Общее количество экзопланет в галактике Млечный Путь в настоящее время оценивается не менее чем в 100 миллиардов, из которых ~ от 5 до 20 миллиардов, возможно, являются «землеподобными». Также, согласно текущим оценкам, около 34 процентов солнцеподобных звёзд имеют в обитаемой зоне планеты, сравнимые с Землёй, [2].

Располагая таким количеством примеров, можно изучать статистически значимые тенденции, которые проявляются в распределении орбитальных элементов планет и свойствах родительских звезд. Особенности этих распределений - следы процессов формирования и эволюции экзопланетных систем, они помогают уточнить модели формирования планет.

В данной курсовой работе более подробно рассмотрены планеты, на которых возможно возникновение жизни. Так же даны понятия самой обитаемой зоны, её границ, эффективного радиуса земной орбиты; посчитана температура некоторых экзопланет, пригодных для жизни.



1. Понятие обитаемой зоны

Классическая обитаемая зона - это диапазон расстояний от звезды, где вода на поверхности планет земного типа будет в жидкой фазе.

Судя по земной жизни, наличие воды -- важнейшее условие для существования жизни после источника энергии. Но не исключено, что этот вывод -- следствие ограниченности наших знаний. Если будет открыта жизнь, не требующая воды (например, на основе жидкого аммиака), то это изменит представления о зоне обитаемости: жизнепригодным окажется намного больший объём пространства. Появится понятие зоны обитаемости для каждого типа жизни, и зона, пригодная для водно-углеродной жизни (аналогичной земной), будет лишь частным случаем.

Отмечают два фактора стабильности зоны обитаемости:

1) её границы не должны сильно меняться со временем. Конечно, светимость всех звезд постепенно возрастает, и зона обитаемости от звезды отодвигается, но если это происходит слишком быстро (как, например, в случае сверхмассивных звёзд), то планеты пробудут внутри обитаемой зоны недолго, и шанс возникновения на них жизни очень мал.

2) отсутствие вблизи зоны обитаемости сверхмассивных тел, таких как планеты-гиганты, чье гравитационное воздействие могло бы препятствовать образованию землеподобных планет.

К примеру, пояс астероидов показывает, что рядом с Юпитером отдельные тела не смогли соединиться в планету из-за его резонансного действия, и появись юпитероподобная планета между Венерой и Марсом -- Земля почти наверняка не смогла бы приобрести свой нынешний вид. Однако газовый гигант в зоне обитаемости при благоприятных условиях мог бы иметь обитаемые спутники, [3].

В Солнечной системе планеты земной группы расположены внутри, а газовые гиганты -- снаружи, но данные по экзопланетам показывают, что эта схема не является универсальной: часто гигантские планеты находятся близко к звезде, разрушая потенциальную зону обитаемости. Однако возможно, что в списке известных экзопланет таких случаев много только потому, что их намного легче обнаруживать. Таким образом, неизвестно, какой тип планетных систем преобладает.

Со временем меняется светимость практически всех звёзд, но амплитуда переменности у разных звёзд сильно отличается. Звёзды в середине главной последовательности относительно стабильны, а большинство красных карликов внезапно и интенсивно вспыхивают. Планеты около таких звёзд малопригодны для жизни, так как для неё неблагоприятны сильные и резкие изменения температуры. Кроме того, увеличение светимости сопровождается увеличением потока рентгеновского и гамма-излучения, которое тоже вредно для живых организмов. Атмосфера смягчает такое воздействие (двукратное увеличение светимости звезды не обязательно приведёт к двукратному увеличению температуры на планете). Но под действием излучения подобной звезды атмосфера может и улетучиться.

В случае Солнца переменность незначительна: его светимость на протяжении 11-летнего солнечного цикла меняется всего на 0,1 %. Но есть сильные признаки того, что даже небольшие колебания светимости Солнца могут значительно влиять на климат Земли даже на протяжении исторического времени. Например, Малый ледниковый период в середине II тысячелетия н. э. мог быть следствием относительно длительного понижения светимости Солнца, [4]. Таким образом, звезда должна быть не настолько переменной, чтобы изменения её светимости могли оказывать влияние на возможную жизнь.

Любая звезда главной последовательности состоит в основном из водорода и гелия, а содержание других элементов может сильно варьировать. Чем больше металлов в протозвезде, тем больше их и в её протопланетном диске. В бедном металлами диске появление планет затруднено, и они, скорее всего, будут маломассивными и неблагоприятными для жизни.

Спектроскопические исследования систем, где были найдены экзопланеты, подтверждают взаимосвязь между высокой концентрацией металлов в звёздах и образованием планет: «звёзды с планетами (по крайней мере, подобными известным сегодня) явно богаче металлами, чем звёзды, не имеющие планет.», [5]. Из необходимости высокой металличности следует необходимость относительной молодости звезды: звёзды, возникшие в начале истории Вселенной, бедны металлами и имеют меньше шансов на формирование вокруг них планет.

1.1 Формулы для вычисления границ обитаемой зоны

Границы обитаемой зоны установлены, исходя из требования наличия на находящихся в ней планетах воды в жидком состоянии, поскольку она является необходимым растворителем во многих биомеханических реакциях.

За внешней границей обитаемой зоны планета не получает достаточно солнечной радиации, чтобы компенсировать потери на излучение, и её температура опустится ниже точки замерзания воды. Планета, расположенная ближе к светилу, чем внутренняя граница обитаемой зоны, будет чрезмерно нагреваться его излучением, в результате чего вода испарится.

Расчет положения границ зоны обитаемости и их смещения со временем довольно сложен (в частности, из-за отрицательных обратных связей в CNO-цикле, способных сделать звезду более стабильной). Даже для Солнечной системы оценки границ обитаемой зоны варьируют в широких пределах. Кроме того, возможность существования на планете жидкой воды сильно зависит и от физических параметров самой планеты, [6].

Расстояние от звезды, где это явление, возможно, вычисляется по размеру и светимости звезды. Центр обитаемой зоны для конкретной звезды описывается уравнением:



, (1.1)

где

-- средний радиус обитаемой зоны в астрономических единицах,

--светимость звезды,

--светимость Солнца.

Формулы для расстояний до внутренней и внешней границ обитаемой зоны можно получить из уравнений теплового баланса для планет, которые находились бы на этих расстояниях. Запишем уравнение теплового баланса математически в дифференциальной форме, то есть для единичной площади поверхности планеты, когда звезда находится в зените.

Равновесный поток энергии излучения тела:

(1.2)

Поглощенная энергия от звезды:

(1.3)

где E - освещенность, А - альбедо планеты.

Тогда уравнение теплового баланса в дифференциальной форме имеет вид

(1.4)

Освещённость - это количество энергии, падающей на единицу площади за 1 секунду. Можно выразить через температуру звезды и расстояние между звездой и планетой:



(1.5)

где r - расстояние между звездой и планетой. Найдем это расстояние из уравнения теплового баланса

(1.6)

Чтобы рассчитать границы обитаемой зоны в эту формулу надо подставить радиус и эффективную температуру звезды, предполагаемое альбедо экзопланеты и требуемую температуру на границах зоны обитания.

Также можно рассчитать границы иначе, используя освещенность, создаваемую звездой на каждой границе, [7]. Эта освещенность в основном зависит от светимости, L, но в какой-то степени и от эффективной температуры, Т_е, звезды. Чем ниже температура, тем больше инфракрасная часть излучения. Чем больше инфракрасное излучение, тем больше тепловой эффект на планете. Обозначим критическую освещенность на внутренней границе обитаемой зоны S_bri(Т_е), уравнение для нее в единицах солнечной постоянной:

(1.7)

и уравнение для освещенности на внешней границе обитаемой зоны:

(1.8)

где Т_е в градусах Кельвина. Расстояния от звезды до границ обитаемой зоны в а.е.:

(1.9)

(1.10)

где L - светимость звезды в солнечных единицах и S_bri(T_e) и S_bro(T_e) в единицах солнечной постоянной.

Светимость, L, и эффективная температура, Т_e, находятся из наблюдений звезд. L (в солнечных единицах) получают из уравнения:

(1.11)

где V - видимая звёздная величина и ВС - болометрическая поправка. Видимая болометрическая звездная величина представляет собой сумму (V + ВС). d - расстояние до звезды в парсеках.

Теоретические расчеты показали, что климат планет вблизи внешней границы зоны обитаемости может быть неустойчивым. Он будет колебаться между длительными холодными периодами и редкими теплыми. В итоге, видимо, высокоразвитая жизнь на таких планетах возникнуть не сможет. Это может наложить существенные ограничения на размеры зон обитаемости в сторону их уменьшения.

1.2 Зависимость границ обитаемой зоны от физических характеристик звезды

Чтобы найти границы классической обитаемой зоны, необходимо знать светимость звезды и ее эффективную температуру. Эффективная температура, Т_е, получается из измеренных критериев спектрального класса и класса светимости. Чтобы получить светимость, L, требуются расстояние до звезды, d, видимая звездная величина, V, и болометрическая поправка, BC. Поправка зависит от спектрального класса и класса светимости.

Какова точность вычисления светимости, L, и эффективной температуры, Т_е, на основе наблюдательных данных? При расчете L по уравнению (1.11) преобладающая неопределенность заключена в расстоянии до звезды, d. Многие из этих расстояний приходят из наблюдений со спутника «Гиппарх», где измеряемый параллакс имеет среднюю стандартную ошибку 0.97x10^-3 угловой секунды (Перриманом и др., 1997). Для 100 пс это ±10%. Из уравнений (1.9) - (1.11) видно, что это приводит к ±10% неопределенности в расстоянии между звездой и планетой, r. Значения Т_е имеют меньшую неопределенность. Кроме того, бывает, что S_b слабо зависит от Т_е (формулы (1.7-1.8)). Например, для наших критериев границ обитаемой зоны, при Т_е=5700K, изменение Т_е на 300K изменяет S_b на каждой границе только на 5%. Кроме того, r вычисляется , как квадратный корень из L и S_b (уравнения (1.9-1.10)), таким образом, чувствительность к светимости, L, и критической освещённости, S_b, уменьшается примерно вдвое. Неопределенности в L значительны, но не серьезны.

Также по возрасту звезды можно оценить, успеет ли возникнуть жизнь на планетах земных масс, которые могут присутствовать.

1.3 Эффективный радиус земной орбиты

Выведем формулу, по которой можно рассчитать расстояние от звезды, на котором энергия излучения звезды, попадающая на планету, равна энергии излучения Солнца, падающей на Землю. С учетом отражательной способности планеты ее освещенность, когда звезда в зените, можно посчитать по формуле:

(1.7)

Отсюда расстояние экзопланеты от ее звезды:

(1.8)

где L_* - светимость звезды, А - альбедо планеты.

Например, по формуле (1.7), для системы Земля - Солнце:

(1.9)

Потребуем, чтобы освещенность на экзопланете равнялась освещенности от Солнца на Земле, и найдем расстояние от звезды до экзопланеты:

(1.10)

где - расстояние от звезды до экзопланеты в астрономических единицах, на котором энергия излучения звезды, попадающая на планету, равна энергии излучения Солнца, падающей на Землю. От отношения светимостей звезды и Солнца можно перейти к отношению их эффективных температур и радиусов:

(1.11)

Это расстояние от звезды до планеты можно назвать радиусом эффективной земной орбиты, если эксцентриситет орбиты невелик. По определению:

Эффективная земная орбита - орбита, на которой планета имела бы климат, подобный земному.

Один из неожиданных статистических результатов поиска экзопланет - это обнаружение планет-гигантов (типа Юпитера) на очень малых расстояниях от звезды, даже меньше 0.1 а.е. Согласно теории происхождения планетных систем планеты-гиганты не могут образоваться на малых расстояниях от звезды, поскольку для этого не хватит протопланетного вещества. Объяснить этот наблюдаемый факт можно предположив миграцию планет после их образования в сторону звезды. Происходит миграция вследствие потери орбитального углового момента протопланетой из-за ее торможения в оставшемся протопланетном веществе. Но такая миграция планет-гигантов разрушает малые планеты, уже образовавшиеся на близких расстояниях от звезды. Следовательно, присутствие планет-гигантов в звездных системах на малых расстояниях от звезды свидетельствует, что наличие планет, пригодных для жизни, в этих системах маловероятно.

обитаемый зона экзопланета жизнь



2. Экзопланеты в обитаемой зоне

Список потенциально жизнепригодных экзопланет отсортирован по критерию сходства с Землёй с использованием индекса подобия Земле, разработанного Лабораторией жизнепригодности планет при Университете Пуэрто-Рико в Аресибо, [8]. В таблице используются индексы:

Индекс подобия Земле (ИПЗ) (англ. Earth Similarity Index -- ESI) -- параметр, показывающий насколько близко экзопланета соответствует Земле. Индекс может принимать значения в диапазоне от 0 до 1, где «1» означает идентичность Земле.

Основной уровень жизнепригодности (ОУЖ) (англ. Standard Primary Habitability -- SPH) -- параметр, определяющий водно-тепловую пригодность климата планеты для существования наземной растительности. Параметр принимает значение в диапазоне от 0 до 1, где «1» -- наиболее пригодные для жизни условия. Является функцией от температуры поверхности и относительной влажности. Значение «1» присваивается планетам со средней приповерхностной температурой 25 °C, «0» -- планетам с температурой выше 50 °C и ниже 0 °C. Для экзопланет используется только температурная составляющая и предполагается, что на планете присутствует вода.

Удалённость от обитаемой зоны (УоОЗ) (англ. Habitable Zones Distance -- HZD) -- параметр, определяющий удалённость планеты от центра обитаемой зоны родительскойзвезды. «0» обозначает центр обитаемой зоны, ?1 и +1 -- её внутренний и внешний края. Удалённость от обитаемой зоны является функцией от светимости звезды, её температуры, а также расстояния до планеты.

Состав обитаемой зоны (СОЗ) (англ. Habitable Zone Composition -- HZС) -- Параметр, определяющий состав экзопланеты. Значения близкое к 0 обозначают тела, состоящие из смеси железа, камня и воды. Значения ниже -1 обозначают тела, состоящие преимущественно из железа, а значения выше +1 обозначают тела, состоящие преимущественно из газа. HZC зависит от массы и радиуса.

Атмосфера обитаемой зоны (АОЗ) (англ. Habitable Zone Atmosphere -- HZA) -- параметр, характеризующий возможность экзопланеты держать атмосферу. Значения ниже -1 обозначают тела со слабой атмосферой или без нее. Значения выше +1 обозначают тела, с плотной водородной атмосферой. Значения между -1 и +1 вероятно имеют атмосферу, подходящую для жизни, но 0 не обязательно обозначает идеальные условия. Зависит от массы, радиуса, орбиты вращения планеты и светимости звезды.

Планетный класс (англ. Planetary Class -- pClass) -- параметр, характеризующий планетные тела в виде комбинации из трёх температурных классов и семи категорий масс. Температурный класс зависит от положения планеты относительно обитаемой зоны и может быть трёх видов: горячий, тёплый и холодный. Категория масс подразделяется на следующие типы: астероид, меркурий, миниземля, земля, суперземля, нептун и юпитер.

Класс жизнепригодности (англ. Habitable Class -- hClass) -- параметр, являющийся классификацией только жизнепригодных миров и состоящий из пяти температурных категорий:

o гипопсихропланеты (класс hP, очень холодные планеты) -- температура от ?100 до ?50 °C;

o психропланеты (класс Р, холодные планеты) -- температура от ?50 до 0 °C;

o мезопланеты (класс М, планеты со умеренной температурой) -- температура от 0 до 50 °C;

o термопланеты (класс Т, горячие планеты) -- температура от 50 до 100 °C;

o гипертермопланеты (класс hT, очень горячие планеты) -- температура от 100 до 150 °C.

Эта классификация наглядно представлена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - классификация жизнепригодных планет по температурам.

Универсальный класс NH применяется для обозначения непригодных для жизни планет. Температура T_п -- средняя приповерхностная температура атмосферы в градусах Кельвина. Расчёт основан на предположении, что планета имеет атмосферу, подобную земной с парниковым эффектом за счет наличия 1 % СО₂ и при альбедо 0,3.

На 25 сентября 2014 года в каталоге жизнепригодных экзопланет (англ. Habitable Exoplanets Catalog), представленном в таблице 2.1., присутствуют 15 подтверждённых экзопланет. Также для сравнения в список добавлены четыре планеты земной группы Солнечной системы.

В данной таблице представлено 48 обнаруженных потенциально пригодных для жизни экзопланет. Из них только 15 были подтверждены. Таблица 2.2. основана на данных этой же Лаборатории при Университете Пуэрто-Рико в Аресибо, [8]. Она составлена основываясь на индексе подобия Земле, но вместо различных индексов предоставлены физические характеристики подтверждённых экзопланет. Масса представлена в массах Земли, радиус - в радиусах Земли, средний звездный поток планеты (Flux) - в земных потоках (средний звёздный поток Земли = 1,0 Fз).

Таблица 2.1. - Потенциально жизнепригодные экзопланеты по данным на 25 сентября 2014 года.

	Назва-ние	ИПЗ	ОУЖ	УОЗ	СОЗ	АОЗ	pClass	hClass	r, пс	Статус	Год открытия
N/A	Земля	1.00	0.72	-0.50	-0.31	-0.52	теплая земля	мезопланета	0	не экзопл.	Доист.
1	KOI-3284.01	0.90	0.88	-0.93	-0.14	-0.73	теплая земля	мезопланета	373.44	кандидат Кеплера	2011
2	KOI-1686.01	0.89	0.42	-0.63	-0.16	-0.13	теплая суперземля	мезопланета	316.96	кандидат Кеплера	2011
3	KOI-3010.01	0.96	0.93	-0.88	-0.16	-0.06	теплая суперземля	мезопланета	144.87	кандидат Кеплера	2011
4	Gliese 667 Cc	0.84	0.64	-0.62	-0.15	+0.21	теплая суперземля	мезопланета	7.24	подтверждена	2011
5	KOI-4742.01	0.83	0.98	-0.72	-0.15	+0.28	теплая суперземля	мезопланета	396.01	кандидат Кеплера	2011
6	Kepler-62e	0.83	0.96	-0.70	-0.15	+0.28	теплая суперземля	мезопланета	367.83	подтверждена	2013
7	Gliese 832 c	0.81	0.96	-0.72	-0.15	+0.43	теплая суперземля	мезопланета	4.93	подтверждена	2014
8	Kepler-283c	0.79	0.85	-0.58	-0.14	+0.69	теплая суперземля	мезопланета	458.92	подтверждена	2011
9	KOI-2418.01	0.79	0.00	-0.40	-0.15	+0.44	теплая суперземля	психропланета	305.65	кандидат Кеплера	2011
10	KOI-2529.02	0.79	0.33	-0.87	-0.14	+0.47	теплая суперземля	мезопланета	410.66	кандидат Кеплера	2011
11	Tau Ceti e	0.78	0.00	-0.92	-0.15	+0.16	теплая суперземля	мезопланета	3.65	не подтверждена	2012
12	Kepler-296f	0.78	0.15	-0.90	-0.14	+0.53	теплая суперземля	мезопланета	334.07	подтверждена	2011
13	Gliese 180 c	0.77	0.42	-0.53	-0.14	+0.64	теплая суперземля	мезопланета	12.11	не подтверждена	2014
14	Gliese 581 g	0.76	0.96	-0.70	-0.15	+0.28	теплая суперземля	психропланета	6.19	спорная	2010
15	KOI-2474.01	0.76	0.00	-0.93	-0.15	+0.25	теплая суперземля	мезопланета	492.31	кандидат Кеплера	2011
16	Gliese 667 Cf	0.77	0.00	-0.22	-0.16	+0.08	теплая суперземля	психропланета	7.24	спорная	2013
17	KOI-2469.01	0.76	0.71	-0.75	-0.13	+0.99	теплая суперземля	мезопланета	477.32	кандидат Кеплера	2011
18	KOI-2992.01	0.76	0.52	-0.54	-0.13	+1.06	теплая суперземля	мезопланета	421.70	кандидат Кеплера	2011
19	KOI-4333.01	0.75	0.00	-0.90	-0.15	+0.32	теплая суперземля	термопланета	767.94	кандидат Кеплера	2011
20	Gliese 163 c	0.75	0.02	-0.96	-0.14	+0.58	теплая суперземля	мезопланета	14.99	подтверждена	2012
21	Gliese 180 b	0.75	0.41	-0.88	-0.14	+0.74	теплая суперземля	мезопланета	12.11	не подтверждена	2014
22	HD 40307 g	0.74	0.04	-0.23	-0.14	+0.77	теплая суперземля	психропланета	12.79	подтверждена	2012
23	KOI-854.01	0.74	1.00	-0.72	-0.13	+1.39	теплая суперземля	мезопланета	330.42	кандидат Кеплера	2011
24	KOI-4550.01	0.74	1.00	-0.82	-0.13	+0.97	теплая суперземля	мезопланета	566.45	кандидат Кеплера	2011
25	Kepler-61b	0.73	0.27	-0.88	-0.13	+1.24	теплая суперземля	мезопланета	325.86	подтверждена	2013
26	KOI-4745.01	0.73	0.91	-0.49	-0.13	+1.44	теплая суперземля	мезопланета	786.25	кандидат Кеплера	2011
27	KOI-2762.01	0.73	0.10	-0.27	-0.14	+1.01	теплая суперземля	мезопланета	358.57	кандидат Кеплера	2011
28	KOI-1871.01	0.72	0.27	-0.88	-0.12	+1.34	теплая суперземля	мезопланета	360.78	кандидат Кеплера	2011
29	KOI-4036.01	0.72	0.99	-0.77	-0.12	+1.49	теплая суперземля	мезопланета	347.99	кандидат Кеплера	2011
30	Gliese 422 b	0.71	0.17	-0.41	-0.13	+1.11	теплая суперземля	мезопланета	12.66	не подтверждена	2014
31	Kepler-22b	0.71	0.53	-0.64	-0.12	+1.79	теплая суперземля	мезопланета	189.91	подтверждена	2011
32	KOI-3282.01	0.71	0.04	-0.92	-0.12	+1.43	теплая суперземля	мезопланета	356.55	кандидат Кеплера	2011
33	KOI-4450.01	0.71	0.00	-0.83	-0.13	+1.33	теплая суперземля	мезопланета	782.88	кандидат Кеплера	2011
34	KOI-4054.01	0.70	0.00	-0.91	-0.12	+1.30	теплая суперземля	мезопланета	542.81	кандидат Кеплера	2011
35	KOI-4087.01	0.70	0.00	+0.01	-0.15	+0.38	теплая суперземля	психропланета	216.61	кандидат Кеплера	2011
36	Kepler-440b	0.70	0.00	+0.01	-0.15	+0.38	теплая суперземля	психропланета	216.61	подтверждена	2015
37	KOI-4583.01	0.69	0.07	-0.23	-0.12	+2.03	теплая суперземля	психропланета	1001.05	кандидат Кеплера	2011
38	Kepler-298d	0.68	0.00	-0.86	-0.11	+2.11	теплая суперземля	мезопланета	3.65	подтверждена	2012
39	KOI-4005.01	0.68	0.00	-0.99	-0.13	+1.18	теплая суперземля	термопланета	587.08	кандидат Кеплера	2011
40	Kapteyn b	0.67	0.00	+0.08	-0.15	+0.57	теплая суперземля	психропланета	3.89	подтверждена	2014
41	Kepler-62f	0.67	0.00	+0.45	-0.16	+0.19	теплая суперземля	психропланета	367.83	подтверждена	2013
42	Kepler-186f	0.64	0.00	+0.48	-0.17	-0.26	теплая земля	психропланета	150.85	подтверждена	2014
43	Kepler-174d	0.61	0.00	+0.32	-0.13	+1.77	теплая суперземля	психропланета	269.29	подтверждена	2011
44	Gliese 667 Ce	0.60	0.00	+0.51	-0.16	+0.23	теплая суперземля	психропланета	7.24	спорная	2013
45	KOI-2770.01	0.60	0.00	+0.33	-0.13	+1.77	теплая суперземля	психропланета	450.83	кандидат Кеплера	2011
46	Gliese 682 c	0.59	0.00	+0.22	-0.14	+1.19	теплая суперземля	психропланета	5.09	не подтвержденная	2014
47	KOI-4356.01	0.55	0.00	+0.77	-0.14	+1.22	теплая суперземля	психропланета	380.09	кандидат Кеплера	2011
48	Gliese 581 d	0.53	0.00	+0.78	-0.14	+0.94	теплая суперземля	гипопсихропланета	6.19	спорная	2007
N/A	Венера	0.78	0.00	-0.93	-0.28	-0.70	теплая земля	гипертермопланета	0	не экзопл.	Доист.
N/A	Марс	0.64	0.00	+0.33	-0.13	-1.12	теплая миниземля	гипопсихропланета	0	не экзопл.	Доист.
N/A	Меркурий	0.39	0.00	-1.46	-0.52	-1.37	горячий меркурий	Необит.	0	не экзопл.	Доист.

Таблица 2.2. - Подтверждённые потенциально жизнепригодные планет по данным на 2 апреля 2015 года

	Имя	Тип	Маса (MЗ)	Радиус (RЗ)	Flux (FЗ)	T экв (К)	Период (дней)	Расстояние (пс)	ИПЗ
1	Kepler-438 b	K-Warm Terran	4.0 - 1.3 - 0.6	1.1	1.38	276	35.2	145.02	0.88
2	Kepler-296 e	M-Warm Terran	12.5 - 3.3 - 1.4	1.5	1.22	267	34.1	518.77	0.85
3	GJ 667C c	M-Warm Terran	3.8	1.1 - 1.5 - 2.0	0.88	247	28.1	7.36	0.84
4	Kepler-442 b	K-Warm Terran	8.2 - 2.3 - 1.0	1.3	0.70	233	112.3	341.86	0.84
5	Kepler-62 e	K-Warm Superterran	18.7 - 4.5 - 1.9	1.6	1.10	261	122.4	367.93	0.83
6	GJ 832 c	M-Warm Superterran	5.4	1.2 - 1.7 - 2.2	1.00	253	35.7	4.91	0.81
7	EPIC 201367065 d	M-Warm Superterran	14.1 - 3.7 - 1.5	1.5	1.51	282	44.6	45.07	0.80
8	Kepler-283 c	K-Warm Superterran	35.3 - 7.0 - 2.8	1.8	0.90	248	92.7	533.79	0.79
9	tau Cet e*	G-Warm Terran	4.3	1.1 - 1.6 - 2.0	1.51	282	168.1	3.68	0.78
10	GJ 180 c*	M-Warm Superterran	6.4	1.3 - 1.8 - 2.3	0.79	239	24.3	11.65	0.77
11	GJ 667C f*	M-Warm Terran	2.7	1.0 - 1.4 - 1.8	0.56	221	39.0	7.36	0.77
12	Kepler-440 b	K-Warm Superterran	41.2 - 7.7 - 3.1	1.9	1.43	273	101.1	260.92	0.75
13	GJ 180 b*	M-Warm Superterran	8.3	1.3 - 1.9 - 2.4	1.23	268	17.4	11.65	0.75
14	GJ 163 c	M-Warm Superterran	7.3	1.3 - 1.8 - 2.4	1.40	277	25.6	15.02	0.75
15	HD 40307 g	K-Warm Superterran	7.1	1.3 - 1.8 - 2.3	0.68	227	197.8	12.88	0.74
16	EPIC 201912552 b	M-Warm Superterran	N/A - 16.5 - 6.0	2.2	0.94	251	32.9	111	0.73
17	Kepler-61 b	K-Warm Superterran	N/A - 13.8 - 5.2	2.2	1.27	267	59.9	601.86	0.73
18	Kepler-443 b	K-Warm Superterran	N/A - 19.5 - 7.0	2.3	0.89	247	177.7	778.77	0.71
19	Kepler-22 b	G-Warm Superterran	N/A - 20.4 - 7.2	2.4	1.11	261	289.9	189.79	0.71
20	GJ 422 b*	M-Warm Superterran	9.9	1.4 - 2.0 - 2.6	0.68	231	26.2	12.57	0.71
21	GJ 3293 c*	M-Warm Superterran	8.6	1.4 - 1.9 - 2.5	0.60	223	48.1	18.09	0.70
22	Kepler-298 d	K-Warm Superterran	N/A - 26.8 - 9.1	2.5	1.29	271	77.5	473.70	0.68
23	Kapteyn b	M-Warm Terran	4.8	1.2 - 1.6 - 2.1	0.43	205	48.6	3.99	0.67
24	Kepler-62 f	K-Warm Terran	10.2 - 2.8 - 1.2	1.4	0.39	201	267.3	367.92	0.67
25	Kepler-174 d	K-Warm Superterran	N/A - 14.8 - 5.5	2.2	0.43	206	247.4	359.95	0.61
26	Kepler-186 f	K-Warm Terran	4.7 - 1.5 - 0.6	1.2	0.29	188	129.9	172.00	0.61
27	GJ 667C e*	M-Warm Terran	2.7	1.0 - 1.4 - 1.8	0.30	189	62.2	7.36	0.60
28	Kepler-296 f	M-Warm Superterran	28.7 - 6.1 - 2.5	1.8	0.34	194	63.3	518.77	0.60
29	GJ 682 c*	M-Warm Superterran	8.7	1.4 - 1.9 - 2.5	0.37	198	57.3	5.21	0.59
30	KOI-4427 b*	K-Warm Superterran	38.5 - 7.4 - 3.0	1.8	0.24	179	147.7	239.76	0.52

В данной таблице всего 30 экзопланет: 10 планет земного размера, 20 - суперземель.

1. Анализ таблицы: обзор некоторых планет в обитаемой зоне

a) Kepler-22 b

Таблица 3.1. Планета вращается вокруг звезды Kepler-22

Таблица 3.1. - Родительская звезда Kepler-22

	Созвездие	Лебедь
	Склонение	45°53?04??
	Прямое восхождение	19°16?52??
	Расстояние от Солнца, пк	190
	Спектральный класс	G5
	Видимая звёздная величина	11.66
	Масса, в массах Солнца	0.97±0.06
	Радиус, в радиусах Солнца	0.979±0.02
	Эффективная температура, К	5518±44
	Светимость, в светимостях Солнца	0.79
	Металличность [Fe/H]	-0.29±0.06
	Возраст, млрд лет
	Кратность звезды	Одиночная

Радиус эффективной земной орбиты можно найти по формуле (1.1), зная светимость родительской звезды и светимость Солнца. Светимость можно найти по формуле:

(3.1)

где S - площадь поверхности звезды (считаем объект сферически симметричным), H - поток излучения от звезды, R - радиус звезды, у - постоянная Стефана-Больцмана, T - эффективная температура звезды. Перепишем формулу (1.1):



(3.2)

=7·10⁵ км, =5778К. Тогда радиус эффективной земной орбиты для Kepler-22:

а.е., (3.3)

Внутреннюю и внешнюю границы обитаемой зоны можно найти по формулам (1.7) - (1.10) соответственно. Подставим, получим:

(3.4)

и на внешней границе обитаемой зоны:

(3.5)

Тогда внутренняя и внешняя границы обитаемой зоны:

(3.6)

(3.7)

В таблице 2.4. отображены характеристики планеты Kepler-22 b, вращающейся вокруг звезды Kepler-22. Планета одиночная.

Таблица 3.2. - Характеристики планеты Kepler-22 b

Планета	Kepler-22 b
Год открытия	2011
Большая полуось, а.е.	0.849±0.018
M, масс Юпитера	0.11
Радиус, в радиусах Юпитера	0.21±0.012
Орбитальный период, дней	289.862±0.02
Эксцентриситет	-
Аргумент перицентра(омега)	-
Наклонение орбиты i	89.76±0.04

На рисунке 3.1. изображена орбита планеты в предположении нулевого эксцентриситета.

Вычислить и оценить значение температуры можно по формуле:

Рисунок 3.1. - Орбита планеты Kepler-22 b. Радиус эффективной земной орбиты показан зелёным

(3.8)

где A - альбедо, R_* - радиус родительской звезды, a - большая полуось орбиты планеты, T_* - температура родительской звезды. Предполагаем, что планета земного типа и находится в обитаемой зоне, подобной земной, следовательно, и альбедо равно земному и составляет 0.367. Тогда, подставляя данные, получаем температуру поверхности планеты Kepler-22 b:

(3.9)

Средняя температура Земли, по этой же формуле, составляет 249 К.

В соответствии с законом всемирного тяготения, значение гравитационного ускорения на поверхности Земли или другой планеты можно связать с массой планеты соотношением:

(3.10)

где G - гравитационная постоянная, равная 6.67·10^-11 м³/(с²·кг), M и r - масса и радиус планеты соответственно. Подставим, получим. Для Kepler-22 и планеты:

(3.11)

(3.12)

На Солнце ускорение свободного падения составляет 274 м/с.² На Земле же оно (g=9.81 м/с²) в 6.6 раз меньше, чем на планете Kepler-22 b.

Для подтверждения планетной природы этого кандидата исследователи тщательно проверили и исключили те физические процессы, которые могут имитировать транзитный сигнал от планеты, приводя к ложным открытиям. 3 июля 2010 года были получены снимки самых ближайших окрестностей звезды Kepler-22 на 5-метровом телескопе Паломарской обсерватории с целью исключить затменно-двойные звезды фона. С этой же целью были получены спектры звезды с высочайшим качеством для поиска следов другого звездного спектра. Отсутствие такого спектра, а также отсутствие вторичного минимума на кривой блеска Kepler-22 утвердил ученых в мысли, что они имеют дело именно с планетой (во всяком случае, вероятность ложного открытия оценивается авторами открытия в 1:578).

Расчёты дали верхний предел на среднюю плотность 14.7 г/куб.см. Иначе говоря, планетная природа кандидата Kerler-22 b не вызывает сомнений. Позже было установлено, что планета представляет собой мининептун, [9].

b) Kepler-62 e

Это зрелая звезда главной последовательности немного меньше и прохладнее Солнца. Отличается пониженным содержанием тяжелых элементов - их в 2.3 раза меньше, чем в составе нашего дневного светила. Физические характеристики представлены в таблице 3.3.

Таблица 3.3. - Родительская звезда Kepler-62

	Созвездие	Лебедь
	Склонение	45°21?00??
	Прямое восхождение	18°52?51??
	Расстояние от Солнца, пк	368
	Спектральный класс	K2V
	Видимая звёздная величина	13.75
	Масса, в массах Солнца	0.69±0.02
	Радиус, в радиусах Солнца	0.64±0.02
	Эффективная температура, К	4925±70
	Светимость, в светимостях Солнца	0.22
	Металличность [Fe/H]	-0.37±0.04
	Возраст, млрд лет	7±4
	Кратность звезды	Одиночная

По аналогии с вычислениями для Kepler-22, получим радиус эффективной земной орбиты для Kepler-62:

а.е., (3.13)

И границы обитаемой зоны:

(3.14)

(3.15)

(3.16)

(3.17)

В таблице 3.4. предоставлены физические характеристики планетной системы.

Таблица 3.4. - Планетная система звезды Kepler-62.

Планета	Kepler-62 b	Kepler-62 c	Kepler-62 d	Kepler-62 e	Kepler-62 f
Год открытия	2013	2013	2013	2013	2013
Большая полуось, а.е	0.0553±0.0005	0.0929±0.0009	0.12±0.001	0.427±0.004	<...

курсовая работа "Экзопланеты в обитаемой зоне" скачать

Подобные документы

• Анализ экзопланет в обитаемой зоне

  Статистические закономерности экзопланет. Распределение по спектральным классам звёзд, металличности звёзд, массам планет, температурам планет, орбитальным периодам планет, эксцентриситетам орбит планет. Критерии для выбора звёзд, похожих на Солнце.
  
  дипломная работа [1,0 M], добавлен 05.04.2016
  

• Экзопланеты: история открытия и современные достижения

  Характеристика сущности экзопланет - иных планет, не принадлежащих Солнечной системе (внесолнечных планет). Изучение истории и этапов открытия экзопланет: астрометрический поиск, планеты у нейтронных звезд. Современные достижения в открытии экзопланет.
  
  курсовая работа [40,2 K], добавлен 23.07.2010
  

• Характеристика планет земной группы

  Ознакомление с строением Солнечной системы. Анализ научных данных и сведений по планетам земной группы. Рассмотрение особенностей Меркурия, Венеры, Земли и Марса. Изучение размеров, массы, температуры, периодов обращения вокруг оси и вокруг Солнца.
  
  реферат [26,8 K], добавлен 28.01.2015
  

• Планеты земной группы: Венера

  Венера как землеподобная планета, происхождение её имени. Современная модель внутреннего строения Венеры, состав её атмосферы и слабость магнитного поля. Основные различия Земли и Венеры (чего не хватает Венере, чтобы стать второй обитаемой "Землей"?).
  
  презентация [709,0 K], добавлен 29.11.2016
  

• Строение Солнечной системы

  Происхождение небесных тел и определение их возраста. Общие сведения о Солнечной системе и ее планетах. Особенности планет земной группы. Планеты, их спутники и пояс астероидов. Основные источники энергии в недрах планет. Характеристика планет-гигантов.
  
  курсовая работа [75,3 K], добавлен 24.09.2011
  

• Коперник и его гелиоцентрическая система

  Цель наблюдений выдающегося астронома Н. Коперника: усовершенствование модели Птолемея. Расчет пропорций Солнечной системы с помощью радиуса земной орбиты как астрономической единицы. Обоснование гелиоцентрической модели строения Солнечной системы.
  
  реферат [10,6 K], добавлен 18.01.2010
  

• Вселенная, жизнь, разум

  Возникновение разума и жизни на Земле. Поиски жизни в солнечной системе. Условия для жизни в космосе. Зарождение жизни на планетах. Поиск внеземных цивилизаций. Связь с внеземными цивилизациями. Проекты изучения внеземных цивилизаций Озма и Серендип.
  
  реферат [46,7 K], добавлен 12.02.2008
  

• Планеты Солнечной системы

  Состав Солнечной системы: Солнце, окруженное девятью планетами (одна из которых Земля), спутники планет, множество малых планет (или астероидов), метеоритов и комет, чьи появления непредсказуемы. Вращение вокруг Солнца планет, их спутников и астероидов.
  
  презентация [901,6 K], добавлен 11.10.2011
  

• Фундаментальная проблема астрофизики

  Фундаментальные проблемы в астрофизике: космология, ядра галактик, поиск внеземных цивилизаций. Граничные условия, необходимые для существования жизни. Следы жизни на планетах, естественных спутниках планет, астероидах и кометах солнечной системы.
  
  реферат [26,5 K], добавлен 03.07.2010
  

• Зависимость распределения планет в солнечной системе

  Построение графика распределения официально известных планет. Определение точных расстояний до Плутона и заплутоновых планет. Формула вычисления скорости усадки Солнца. Зарождение планет Солнечной системы: Земли, Марса, Венеры, Меркурия и Вулкана.
  
  статья [1,5 M], добавлен 23.03.2014
  

• Поиск жизни во Вселенной: достижения и прогнозы

  Орбитальный телескоп "Кеплер", его основные функции. Каталог "обитаемых звездных систем" Маргарет Тёрнбал. Наличие воды в жидком виде как одно из основных условий для возникновения жизни на планете. Открытие планет за пределами Солнечной системы.
  
  презентация [7,6 M], добавлен 17.05.2012
  

• Від стародавніх до сучасних теорій руху планет

  Спостереження за положеннями зірок та планет. Рух зореподібних планет, розташованих поблизу екліптики. "Петлі" на небі верхніх планет - Марса, Юпітера, Сатурна, Урана і Нептуна. Створення теорій руху планет: основні практичні аспекти небесної механіки.
  
  реферат [123,3 K], добавлен 18.07.2010
  

• Планеты Солнечной системы

  Общие сведения о Солнечной системе как планетарной системе, имеющей центральную звезду и естественные космические объекты, вращающиеся вокруг неё. Характеристика планет земной группы: Меркурий, Венера, Земля, Марс и планет: Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун.
  
  презентация [802,4 K], добавлен 21.04.2011
  

• Солнечная система. Происхождение жизни

  Пять миллиардов лет назад наша солнечная система была газопылевым облаком. Солнце. Рождение планет солнечной системы. Солнечная система. Меркурий. Венера. Инные миры. На Венере могла появиться жизнь. Спасение жизни. Угроза из космоса. Черные дыры.
  
  доклад [9,4 K], добавлен 31.05.2008
  

• Образование Солнечной системы

  История рождения нашей Солнечной системы, которая началась 4,6 млрд. лет назад. Последствия взрыва сверхновой звезды невероятной силы. Соотношения размеров разных планет и созвездий галактик. Движение Земной коры, обуславливающие ее основные факторы.
  
  презентация [66,5 M], добавлен 04.12.2014
  

• Астрономические задачи

  Алгоритм решения задач по астрономии. Расчет географической долготы по гринвичскому времени, параметров движения звезд, планет и астероидов и расстояний между ними. Расчет среднего увеличения школьного телескопа, значений температуры поверхности Солнца.
  
  учебное пособие [191,1 K], добавлен 04.10.2011
  

• Характеристика планет Солнечной системы

  Общая характеристика планет Солнечной системы как наиболее массивных тел, движущихся по эллиптическим орбитам вокруг Солнца. Расположение планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Размеры и химический состав планет.
  
  презентация [406,8 K], добавлен 04.02.2011
  

• Определение расстояний до звезд и планет

  Определение расстояний до космических объектов. Определение расстояний до планет. Определение расстояний до ближайших звезд. Метод параллакса. Фотометрический метод определения расстояний. Определение расстояния по относительным скоростям.
  
  реферат [32,6 K], добавлен 03.06.2004
  

• Планети Сонячної системи. Планети-гіганти

  Розмір, маса та елементний склад планет-гігантів: Юпітера, Сатурна, Урана та Нептуна. Газоподібна атмосфера планет, її перехід в ядро з рідкого та твердого металічного водню. Обертання навколо планет-гігантів супутників. Історія відкриття планет-гігантів.
  
  презентация [1,5 M], добавлен 22.03.2012
  

• Возникновение планетных систем и Земли

  Образование Солнечной системы. Теории прошлого. Рождение Солнца. Происхождение планет. Открытие других планетных систем. Планеты и их спутники. Строение планет. Планета земля. Форма, размеры и движение Земли. Внутреннее строение.
  
  реферат [126,1 K], добавлен 06.10.2006
  

Другие документы, подобные "Экзопланеты в обитаемой зоне"

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам