Ekstrasolarne planete

Umetnički prikaz planete HD 189733 b

Ekstrasolarne, vansolarne ili egzoplanete su planete koje se nalaze van Sunčevog sistema, tj. kruže oko drugih zvezda. Iako je postojanje ovih planeta dugo bilo u domenu naučne fantastike i pretpostavki, krajem 20. veka su otkrivene planete van Sunčevog sistema, pre svega zbog napretka tehnologije i poboljšanja metoda njihovog nalaženja. Većina pronađenih egzoplaneta (95%) su gasoviti džinovi (planete Jupiterovog tipa), što ne znači da su planete Zemljinog tipa malobrojne u odnosu na gasovite džinove, već to je ograničeno trenutnim načinima nalaženja planeta, pa se trenutno favorizuju veće i masivnije planete. Pretpostavlja se da više od 10 procenata zvezda sličnih Suncu (klase F, G i K) ima planete.

Do 1. juna 2016. potvrđeno je otkriće 3.422 egzoplanete, u 2.560 planetarnih sistema (582 višeplanetarnih), od kojih je velika većina otkrivena indirektnim, a ne direktnim posmatranjem. Prvi put, naučnici su tvrdili da su otkrili egzoplanetu 1991. Prema njihovim navodima, to je bila pulsarska planeta, tj. planeta koja orbitira oko pulsara, međutim, kasnije to otkriće nije potvrđeno. Prva potvrđena egzoplaneta je otkrivena 1995. godine, blizu zvezde G-tipa 51 Pegasi, koja je čak slična našem Suncu.

Planeta Gliese 581 e, četvrta otkrivena planeta oko zvezde Gliese 581, je najinteresantniji primer planete Zemljinog tipa van Solarnog sistema, jer ima masu od svega 1,9 mase Zemlje, i to je egzoplaneta po veličini najsličnija našoj planeti. Planeta Gliese 581 d, koja pripada istom zvezdanom sistemu, je egzoplaneta tipa Super-Zemlje (mase 7 puta veće od Zemlje) i kruži oko svoje matične zvezde u habitalnoj zoni, gde voda može biti u tečnom stanju. Otkrića vansolarnih planeta čini pitanje vanzemaljskog života još interesantnijim. Neke svemirske misije imaju prevashodno za cilj pronalaženje vansolarnih planeta (COROT i Kepler misija).

Teorije nastanka

Umetnički prikaz ekstrasolarne planete.

Pretpostavlja se da planete nastaju posle stvaranja zvezdi obrazujući tako sistem planeta-zvezda. Većina mladih zvezda okružena je ostacima materijala od koga su nastale. Rotacije i zvezdani vetar oblikuju taj materijal u spljošteni disk oko ekvatora zvezde. Disk je na početku vreo, ali dok se zvezda spušta na glavni niz H-R dijagrama, disk se hladi. Prilikom hlađenja diska dolazi do kondenzacije različitih elemenata. Temperatura diska opada sa povećanjem udaljenosti, blizu zvezde će, na primer, voda isparavati, dok će na velikoj udaljenosti voda postojati u obliku leda. Male čestice nastale kondenzacijom postepeno se lepe jedna za drugu i postaju sve veće. One koje najbrže rastu postaju grudve. Kako se disk hladi, manje je sudara među grudvama i manja je mogućnost da se grudve raspadnu. Neke grudve su dovoljno velike da ih možemo nazvati - planetezimalima ili embrionalnim planetama. Od ostataka diska koji ne postane planeta nastaju asteroidi ili komete, zavisno od udaljenosti.

Ova teorija nastanka solarnih sistema je stavljena na probu od kada su egzoplanete počele bivati otkrivane. Problem sa ovom hipotezom je to što je nađeno mnogo gasovitih džinova veoma blizu matičnim zvezdama, čak bliže nego Merkur Suncu, što narušava ovu hipotezu.

Ovaj problem možemo rešiti pod pretpostavkom da se velike gasovite planete stvaraju brzo i da ostavljaju mnogo materije između njih i njihovih zvezdi. Tada se zbog dejstva privlačne sile između planete i međuplanetarne materije, planeta približava sopstvenoj zvezdi usisavajući međuplanetarnu materiju. Tako gasoviti džinovi mogu biti veoma blizu zvezdi.

Osobine i podela

Ekstrasolarne planete se javljaju u skoro svim veličinama. Neke su toliko blizu Sunca da njihova atmosfera pod dejstvom gravitacije dobija izgled repa komete. Da bismo otkrili kada ćemo potencijalno naći egzoplanetu nalik na Zemlju, mere se najmanje i najveće poznate egzoplanete. Dakle, egzoplanete delimo na:

• Vruće jupitere
• Gasovite džinove
• Super-zemlje
• Pulsarske planete

Vrući jupiteri su do sada najčešće pronalažene egzoplanete. Mnoge od njih su masivnije od Jupitera. Ovi gigantski svetovi bivali su nađeni vrlo blizu njihovom suncu — toliko blizu da su tesno vezani i ne rotiraju. Na osvetljenoj strani vladaju velike temperature (~8.000K) i duvaju vetrovi od preko 1000 km/h kroz njihovu vodoničnu atmosferu. Posledica ovih vetrova su ogromne oluje UV zraka.

Gasoviti džinovi se pronalaze malo dalje od njihovih zvezda nego vrući Jupiteri, i to otprilike u zoni na kojoj amplituda temperature obuhvata temperature na kojima je voda u tečnom stanju. Veliki meseci ovakvih planeta su pogodni za život.

Super-zemlje su najmanje egzoplanete pronađene dosad pored pulsarskih planeta. Pet puta su masivnije od Zemlje.

Pulsarske planete su prve pronađene egzoplanete. One rotiraju oko pulsara. Ove planete su pet puta manje od Zemlje, nekada su imale atmosferu ali ju je pulsar oduvao.

Metode detekcije planeta

Planete izvan sunčevog sistema su suviše male i tamne da bismo ih mogli videti teleskopima sa Zemlje. Međutim, napretkom astrofizike razvijene su neke metode pomoću kojih možemo detektovati planete van Sunčevog sistema.

Te metode su :

• metoda radijalne brzine
• metoda tranzita
• sistem gravitacionih sočiva
• metoda direktnog snimanja
• pulsarsko otkrivanje

Metoda radijalne brzine

Kretanje planete i zvezde oko zajedničkog centra mase

Ovo je metoda kojom je otkriven najveći broj egzoplaneta, ali jedan od problema je da ona „favorizuje“ veće planete zato što se ova metoda zasniva na masivnosti planete. Metoda se zasniva na činjenici da ako masivna planeta rotira oko zvezde, zvezda i planeta se okreću oko zajedničkog centra mase, tj. zvezda rotira oko tog centra mase pa se malo približava, a malo udaljava od nas, pa se mereni spektar zbog Doplerovog efekta (plavi i crveni pomak) te zvezde periodično menja. Pomoću promene spektra možemo izračunati radijalnu brzinu zvezde. Možemo izračunati njenu minimalnu masu (pošto ne znamo koliko je planeta nagnuta u odnosu na ravan putanje oko zvezde) i poluprečnik putanje. Oko 95% egzoplaneta su otkrivene ili potvrđene ovom metodom.

Metoda tranzita

Količina svetlosti primljena sa neke zvezde varira tokom vremena usled postojanja planete.

Ova metoda se zasniva na promeni sjaja zvezde kada planeta prolazi između posmatrača i zvezde. Pad sjaja zavisi samo od odnosa poluprečnika planete i zvezde. Ova metoda je retko korišćena zbog nemogućnosti očitavanja veoma malih promena sjaja i zbog toga što samo velike planete mogu dovoljno zamračiti zvezdu. Dobra strana ove metode je to što se pomoću nje može izračunati prečnik, srednja gustina, kao i sastav atmosfere zbog promene spektra zvezde u toku tranzita (zato što svetlost zvezde se prelama kroz atmosferu planete i prolazi kroz elemente i jedinjenja koja se u njoj nalaze menjajući spektar).

Sistem gravitacionih sočiva

Gravitaciono sočivo

Telo dovoljno velike mase, npr. zvezda može funkcionisati kao tzv. gravitaciono sočivo kada se nađe između posmatrača i neke druge zvezde. Usled gravitacije zvezde, a u skladu sa Opštom teorijom relativnosti, dolazi do krivljenja, tj. skretanja svetlosnog zraka sa prave putanje. Iz ugla posmatrača dolazi do kratkotrajnog povećanja sjaja. Ako oko zvezde-sočiva postoji i dovoljno masivna planeta, u jednom trenutku će doći do dodatnog rasta sjaja, što će se videti kao vrlo uzan pik na krivoj sjaja (gde planeta funkcioniše kao tzv. mikrosočivo).

Direktno snimanje

Ovo je jedina metoda koja omogućava direktno detektovanje elektromagnetnog zračenja koje dolazi od planete izvan Sunčevog sistema. U vidljivom delu spektra zvezda je mnogo sjajnija od planete, tako da je elektromagnetno zračenje koje dolazi sa planete preplavljeno zračenjem zvezde. U infracrvenom delu spektra taj odnos intenziteta zračenja je značajno manji, tako da je moguće izdvojiti zračenje planete.

Pulsarsko otkrivanje

Pulsar okružen maglinom.

Ova metoda otkrivanja se koristi kada tražimo planete oko pulsara. Ukoliko se primete male oscilacije u periodu pulsara (periodu izbacivanja zračenja), moguće je da oko pulsara rotira planeta koja zaklanja određeni deo snopa zračenja (pa dolazi do promene perioda). Prva egzoplaneta je otkrivena ovom metodom.

Podaci o egzoplanetama _{(poslednja revizija: maj 2009.)}

Broj potvrđenih otkrivenih vrućih Jupitera	36
Broj potvrđenih otkrivenih gasovitih džinova	167
Broj potvrđenih otkrivenih Super-Zemlji	12
Broj potvrđenih otkrivenih pulsarskih planeta	5
Najbliža egzoplaneta u odnosu na Zemlju	10,4 s. g.
Najmasivnija planeta otkrivena do sad	11,8 ± 0,6 Jupiterovih masa
najmanje masivna planeta otkrivena do sad	2% Zemljine mase
Najudaljenija planeta u odnosu na Zemlju	21.500 ± 3.300 s. g.

Vidi još

• HD 188753 Ab
• 109 Piscium b

Literatura

• Boss, Alan (2009). The Crowded Universe: The Search for Living Planets. Basic Books. . Boss, Alan (3. 2. 2009). The Crowded Universe: The Search for Living Planets. Basic Books. ISBN 978-0-465-00936-7. CS1 održavanje: Format datuma (veza) (Hardback). ISBN 978-0-465-02039-3. (Paperback).
• Dorminey, Bruce (2001). Distant Wanderers. Springer-Verlag. . . ISBN 978-0-387-95074-7.  (Hardback). ISBN 978-1-4419-2872-6. (Paperback).
• Jayawardhana, Ray (2011). Strange New Worlds: The Search for Alien Planets and Life beyond Our Solar System. Princeton, NJ: Princeton University Press. ISBN 978-0-691-14254-8.  (Hardcover).
• Perryman, Michael (2011). The Exoplanet Handbook. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-76559-6. 
• Seager, Sara, ur. (2011). Exoplanets. University of Arizona Press. ISBN 978-0-8165-2945-2. .
• Villard, Ray; Cook, Lynette R. (2005). Infinite Worlds: An Illustrated Voyage to Planets Beyond Our Sun. University of California Press. ISBN 978-0-520-23710-0. .
• Yaqoob, Tahir (2011). Exoplanets and Alien Solar Systems. New Earth Labs (Education and Outreach). ISBN 978-0-9741689-2-0.  (Paperback).
• van Dishoeck, Ewine F.; Bergin, Edwin A.; Lis, Dariusz C.; Lunine, Jonathan I. (2014). „Water: From Clouds to Planets”. Protostars and Planets VI. str. 835. Bibcode:2014prpl.conf..835V. ISBN 978-0-8165-3124-0. S2CID 55875067. arXiv:1401.8103 . doi:10.2458/azu_uapress_9780816531240-ch036. 

Spoljašnje veze

• The Extrasolar Planets Encyclopaedia (Paris Observatory)
• NASA Exoplanet Archive
• Open Exoplanet Catalogue
• The Habitable Exoplanets Catalog (PHL/UPR Arecibo)
• Extrasolar Planets – D. Montes, UCM
• Exoplanets at Paris Observatory
• Graphical Comparison of Extrasolar Planets
• Video (1:00): Kepler Orrey V (30 Oct 2018) na sajtu YouTube