Введение

Актуальность проблемы: Солнце - не вечный источник энергии. Конечно, ему ещё довольно долго суждено снабжать Землю необходимым ей количеством энергии. Однако известно, что очень медленно, но увеличиваются светимость и радиус Солнца. Вследствие чего неуклонно растёт средняя глобальная температура поверхности Земли. И человечеству рано или поздно придётся либо искать способы создать источник, который сможет генерировать необходимое количество энергии (но уже вне Земли), либо найти планету, аналогичную Земле, но со стабильной родительской звездой.

Если с первым пока проблематично, так как развитие технологий пока ещё не достигло нужного уровня, то для решения второй задачи 7 марта 2009 года был выведен на орбиту вокруг Солнца телескоп «Кеплер». Его миссия заключается в поисках экзопланет, подобных Земле, [1]. В результате работы телескопа было открыто около 4,5 тысяч экзопланет. К сожалению, в июле 2012 года стало известно, что вышел из строя один из четырёх двигателей, а в мае 2013 пришёл в нерабочее состояние второй, в результате чего ориентировка аппарата стала нестабильной. Однако на этом продуктивная деятельность телескопа не заканчивается. Спустя год после поломки, в мае 2014 года стартовала миссия «К2», [2], согласно которой аппарат продолжает наблюдения за яркими звёздами на различных участках в плоскости эклиптики. Вместо третьего двигателя в качестве стабилизатора используется давление солнечного излучения. Но есть одно ограничение: телескоп должен быть постоянно повернут «спиной» к Солнцу. Это уменьшает возможности поиска и изучения экзопланет, но позволяет вести наблюдения за другими небесными объектами.

Если поиски планет у других звёзд - не поиски второго возможного дома, то это возможность найти другие разумные цивилизации. «Кеплер» нашёл множество планет. Но невозможно просто взглянуть на планету и определить наличие жизни на ней. Однако, не всё так плохо. Ожидается, что к 2030 году будет запущен мощный космический телескоп с названием Advanced Technology Large-Aperture Space Telescope, или просто ATLAST, [3]. Благодаря внутреннему коронографу или внешнему устройству блокирования света от звёзд, аппарат сможет описать атмосферу и поверхность экзопланет, размером с Землю на расстояниях до 45 парсек. Располагая данными сведениями, в случае обнаружения биомаркеров (таких как молекулярный кислород, озон, вода, метан) в спектре атмосферы землеподобных планет, можно будет, хоть и косвенно, но подтвердить наличие жизни на других планетах, пусть и примитивной.

Кроме того, законы развития Вселенной определены, и их невозможно изменить. Можно лишь только изучить. И с этой задачей, частично, должен справиться телескоп ATLAST. Ведь помимо поиска следов внеземной жизни, он также будет снабжён функционалом, необходимым для изучения областей формирования звёзд. Также будет возможность проследить сложные взаимодействия между тёмной материей, галактиками и межгалактической средой. ATLAST предоставит огромные возможности наблюдений, поэтому разнообразие или направление его исследований нельзя сейчас точно предсказать. Так же, как, к примеру, создатели телескопа Хаббл недооценивали возможности последнего.

Целью данной работы является проведение анализа нескольких звёзд и их планет в обитаемой зоне.

В соответствии с целью работы, были поставлены несколько задач:

- рассмотреть ряд уже известных статистических данных об экзопланетах;

- раскрыть понятие обитаемой зоны;

- выделить критерии для выбора звёзд, похожих на Солнце

Работа состоит из введения, трёх глав, заключения, списка использованной литературы и приложение.

Во введении обоснована актуальность разрабатываемой темы, сформулирована цель работы, поставлены задачи.

В первой главе приведены статистические данные об экзопланетах, закономерности их распределения, а именно: зависимость наличия планет от массы и металличности звезды, различные типы экзопланет в зависимости от их температуры и массы, распределение планет по их периодам и орбитальным характеристикам, а также данные о планетных системах.

Во второй главе - критерии для выбора звёзд, похожих на Солнце, понятия галактической и классической обитаемых зон, вывод формулы для определения границ последней, а также таблица, содержащая потенциально жизнепригодные экзопланеты.

В третьей главе проведён анализ некоторых потенциально жизнепригодных экзопланет в обитаемой зоне, который включает в себя расчёты границ обитаемых зон, температуры планет, средней плотности планет, ускорения свободного падения на поверхности. Данные вычислений сравнены с известными значениями для Солнечной системы и Земли.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы выпускной квалификационной работы.

экзопланета солнце орбитальный звезда

1. Статистические данные об экзопланетах

По данным на 15 марта 2015 года достоверно подтверждено существование 1901 экзопланеты в 1199 планетных системах, из которых в 478 имеется более одной планеты, [4]. Следует отметить, что количество надёжных кандидатов в экзопланеты значительно больше. Так, по проекту «Кеплер», который занимается поисками экзопланет, на январь 2015 года числилось ещё 4175 надёжных кандидатов. Однако для того, чтобы они получили статус 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», [5].

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.