Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №23 им. С. В. Астраханцева»

г. Саратова

Проектная работа на тему:

«Экзопланеты, как уникальное астрономическое открытие.

Возможная колонизация»

Выполнил: ученик 3 «Д» класса

Бессергенев Алексей

Руководитель:

Уварова Екатерина Валерьевна

Саратов 2023 г.

Оглавление

Введение        3

1. Что такое Экзопланеты?        4

1.1. Немного истории        4

1.2. Классификация экзопланет        5

1.3. Современные методы обнаружения        5

1.4. Уникальные экзопланеты.        6

2. Колонизация экзопланет.        7

2.1. Почему мы можем покинуть Землю?        7

2.2. Основные проблемы колонизации экзопланет.        8

3. Статистические исследования.        9

4. Практическая работа.        9

5.Заключение        10

Список использованной литературы.        11

Приложение 1. Описание уникальных экзопланет.        12

Приложение 2. Фото с классных часов и рисунки ребят        13

Введение

     «Что может быть важнее вопроса о жизни в других мирах?»

 Адам франк.

      Современные школьники задают много вопросов о космосе, звездах. Так как все неведанное, недоступное глазу интересно многим детям.

Это высказывание я взял за основу моей работы. Мне нравится читать про космос и в том числе про планеты. Но поскольку астрономия – это достаточно сложная наука, а я ребенок, интересующийся всем новым и неизведанным, постарался разобраться, что же такое экзопланеты и возможно ли переселение людей на другие планеты.

        Проблемой данной работы я считаю - недостаточное внимание окружающих к интересным астрономическим фактам. Никто не задумывается, глядя, на звездное небо о том, что люди могут видеть множество неизведанных миров и ничего про них не знать. Человечество несколько веков размышляло о возможности существования планет вокруг далеких звезд, и теперь ученые с уверенностью говорят, что внесолнечные миры действительно существуют.

Актуальность: Экзопланеты являются крайне обсуждаемыми в астрономии, поскольку лишь недавно астрономы научились обнаруживать и исследовать эти космические объекты, также это и один из молодых разделов астрофизики и астрономии.

Цель: узнать, что такое экзопланеты, какие они бывают и определить, возможно ли переселение людей в будущем.

Задачи:

– раскрыть понятие «экзопланета»;

– ознакомиться с историей открытий;

– рассмотреть методы изучения и поиска экзопланет;

-  рассмотреть отличительные особенности экзопланет;

– провести статистическую оценку открытых экзопланет;

- изучить основные проблемы колонизации (переселения);

 - сделать выводы.

1. Что такое Экзопланеты?

    Экзопланеты - это планеты, находящиеся вне Солнечной системы и вращающиеся вокруг своей звезды, по своим характеристикам: наличием атмосферы, количеством получаемой энергии от звезд, окруженные газами способными поддержать жизнь - могут походить на нашу Землю.

Но подобны ли они нашей родной Земле: возможна ли разумная жизнь, подобная нашей, или наоборот, жизнь там устроена совсем по-другому... Мне кажется, что именно в этом и заключается их уникальность и то, что за ними ведется такое пристальное наблюдение со стороны ученых, и простых наблюдателей за космическим пространством. Пока у нас нет способа добраться до них (так как наши современные космические технологии не достигли наивысшего уровня). Но благодаря учёным умам со всего мира и мощнейшим телескопам (и другой космо-аппаратуре) мы можем смотреть на них, оценивать их характеристики и наличие атмосферы, и возможно в будущем сможем обнаружить признаки жизни.

1.1. Немного истории

Долгое время было затруднительно обнаружить такие планеты, так как они невидны в таком огромном межзвездном пространстве. Первые попытки найти планеты вне Солнечной системы были связаны с наблюдением за положением близких звезд. Астроном капитан В. С. Джейкоб в 1855 году сообщал в своих записях о том, что существует некое космическое тело размером с планету, что было подтверждено позднее в 1890 году Томасом Дж. Си (имеется некий невидимый спутник звезды (в двойной системе 70 Змееносца) с периодом обращения 36 лет).

 Еще позднее в 1916 году Эдуард Барнард обнаружил красную звездочку, которая "быстро" смещалась по небу относительно других звезд. Астрономы назвали ее летящей звездой Барнарда. В 1960-х годах, астроном Питер Ван Камп попытался вычислить у "Летящей звезды Барнарда" ее спутник. Первая сверхземля, обращающаяся вокруг нормальной звезды, а не вокруг пульсара (космического "маяка") была обнаружена в 2005 году около звезды Глизе 876 (7,5 масс Земли). 5 декабря 2011 телескопом Кеплер была обнаружена первая сверхземля в обитаемой зоне - Kepler-22 b.

1.2. Классификация экзопланет

Экзопланеты, которые удалось обнаружить делятся на несколько классов. Есть несколько способов классификации данного типа планет (по массе, по размерам, по температуре), но я выбрал классификацию по Сударскому (астрофизик Давид Сударский - работник Аризонского университета в США).

Исходя из данной классификации, планеты классифицируются в зависимости от температуры их внешних слоев. Большинство свойств исследуемых экзопланет изучено плохо, поэтому невозможно изучать непосредственным наблюдением.

     Классификация экзопланет по Д. Сударскому:

• КЛАСС I. Аммиачные облака.
• КЛАСС II. Водные облака.
• КЛАСС III. Безоблачные.
• КЛАСС IV. Щелочные металлы.
• КЛАСС  V. Кремниевые (силикатные) облака.

1.3. Современные методы обнаружения

            Долгое время было затруднительно обнаружить экзопланеты, так как они слишком малы и невидимы на таком огромном межзвездном расстоянии. К примеру, до ближайшей звезды нужно лететь 4,5 световых года со скоростью света (световой год - 9,46 квадриллион метров). Все такие планеты были обнаружены только в Млечном пути на различных расстояниях. Для этого потребовалось несколько методов:

   1) Метод Доплера - метод обнаружения экзопланет, заключающийся в спектраметрическом измерении радиальной скорости звезды. Данным методом удалось обнаружить - 648 экзопланет.

   2) Метод транзитного прохождения - наблюдение за изменениями яркости звезды в момент прохождения на ее фоне планеты (на 2019 обнаружено 2968).

   3) Метод гравитационного микролинзирования. При вычислении подобных объектов требуется, что бы между предполагаемой планетой и наблюдателем на Земле находилась другая звезда (играющая роль линзы).

   4) Астронометрический метод - изменение пространственного движения звезды под действием гравитационного потенциала планеты (производится уточнение массы и размер ранее обнаруженной экзопланеты).

   5) Прямое наблюдение. Можно вычислить планеты от своей звезды на расстоянии от 10 до 100 астрономических единиц. Удаленные планеты достаточно горячи, поэтому изображение тяготеет к выбору звезд.

1.4. Уникальные экзопланеты.

            Пожалуй, самым эффективным инструментом по поиску экзопланет является космическая обсерватория "Кеплер". Большинство открытых экзопланет, представляют собой безжизненные валуны, расположенные у далеких и неизученных звезд. Но и среди них есть довольно-таки интересные экземпляры.

• Ад во плоти. Планета KELT-9b
• Мир воды. Планета GJ (Глизе)1214b
• Планета PSR J1719-1438b
• Темная планета. TrES-2b
• HD 189733b Планета с дождями из стекла.

Подробное описание планет в приложении 1.

2. Колонизация экзопланет.

2.1. Почему мы можем покинуть Землю?

            Людей всегда интересовал вопрос существования жизни где-то помимо Земли. Люди не смогут вечно жить на Земле, этому способствует множество факторов, начиная с элементарного загрязнения воздуха и земли, заканчивая тем, что через примерно 2 млрд.лет Солнце может увеличиться в размерах и тогда в Мировом океане закипит и приведет к гибели всего живого, или может наша планета столкнется с астероидом и мн.др. Оставшимся живым существам придется перебираться на другие планеты. Поэтому ученые считают, что если человечество хочет выжить, то ему придется осваивать и заселять другие планеты.

Так почему же, не начать осваивать экзопланеты? Именно поэтому многие и ассоциируют слово «экзопланета» с «планетой, похожей на Землю», - самое громкое освещение в новостях получают открытия экзопланет, расположенных в так называемой обитаемой зоне. То есть там, где не слишком горячо и не слишком холодно для существования жизни, основанной на воде. «Не слишком горячо и не слишком холодно» задает некий диапазон расстояний до звезды, вокруг которой обращается экзопланета. Если удается получить спектр отражения этой экзопланеты, можно узнать, есть ли на ней вода. Правда, пока это получается только предполагать исходя из параметров планеты. Мы ещё только пытаемся понять, что делает ту или иную планету пригодной для жизни, но наша Земля — это замечательный образец и отправная точка в этих исследованиях. Учёные как никто другой понимают это, поэтому активно работают в обозначенном направлении. В журнале «Astronomical Journal» была опубликована статья, в которой сообщается, что астрономы, наблюдавшие за двумя экзопланетами земного типа, выяснили, что те имеют почти постоянный осевой наклон. Это, вероятно, гарантирует им стабильный климат. Такой, какой мы привыкли видеть на своей планете.

Исследование показывает, что Кеплер-186f, планета, похожая на Землю, и находящаяся на расстоянии 500 световых лет, обладает множеством свойств, которые, как считается, говорят о её жизнепригодности. Она находится в обитаемой зоне своей звезды, принадлежит к земному типу, и приблизительно на 10 процентов больше, чем наша планета. Также крайне привлекательно выглядит Кеплер-62f — суперземля, расположенная в 1200 световых годах от Солнца. Осевые наклоны этих двух планет стабильны в течение миллионов лет, поэтому в разных их районах, скорее всего, нет резких изменений климата, что также положительно скажется на том, что данные планеты, теоретически пригодны для переселения и колонизации.

2.2. Основные проблемы колонизации экзопланет.

    Что такое колонизация - это гипотетическое создание автономных поселений вне Земли. Проблемы колонизации других планет, в том числе экзопланет связаны с:

- техническими проблемамии - так как неизученность работы всех систем окажут огромное влияние на первое поколение переселенцев;

- биологические проблемы - жизнь на других планетах возможна только при наличии всех необходимых для жизни условий (но все это будет очень затратно в денежном эквиваленте);

- медицинские проблемы - на Земле есть клиники с соответствующим оборудованием, на других планетах к этому можно идти годами, если не десятилетиями;

- психологические проблемы - ничто не поможет человеку расслабиться в такой трудный момент, как возможная колонизация, он будет чувствовать большое психологическое и эмоциональное давление, и именно эта проблема может привести к тому, что переселенцы не смогут сформировать семьи, дать нормальное здоровое человеческое потомство - и человечество придет к упадку и вымиранию.

    Но, как же приступить к непосредственной колонизации экзопланет, если предположительно решить вышеперечисленные проблемы?

    В первую очередь преодолеть земную гравитацию, всеми доступными или еще не изученными способами. Построить ракету на топливе, которое сможет быстро перенестись к той или иной экзопланете, но также возможны фантастические методы, такие как телепортация или использование гиперпространственных двигателей, а также отправить на колонизируемую планету наноботов, которые подготовят планету к заселению людьми.

3. Статистические исследования.

    По данным NАSА к началу августа 2022 года обнаружено 5063 подтвержденные экзопланеты, из них 3248 открыл «Кеплер» и уже 231 - новая система TESS. Кроме того, есть 8833 кандидата в экзопланеты (из них 5808 дал TESS). С начала планета попадает в список кандидатов, потом данные несколько раз проверяются независимыми исследователями, и только после этого кандидат получает статус экзопланеты. Некоторые кандидаты отпадают.

4. Практическая работа.

Практическая часть моей работы была разделена на несколько этапов:

В первой части я провел опрос моих родственников и одноклассников на вопрос: знают ли они о существовании экзопланет и действительно ли, по их мнению, существуют планеты внесолнечной системы? Были опрошены 53 человека: 30 одноклассников, 15 знакомых, 8 родственников. Из них только некоторые взрослые слышали о существовании экзопланет (3 человека), и ни один из моих одноклассников не слышал о существовании таких планет.

Во второй части своей практической работы, я выступил на классных часах у ребят 3-4 классов нашей школы, где рассказал им про экзопланеты.  По итогу ребятам задавались вопросы и было предложено нарисовать запомнившуюся экзопланету. Приложение 2.

Следующим моим шагом было создание макета экзопланеты, на которую, возможна колонизация.

5.Заключение

           Таким образом, изучив данные об известных на сегодняшний день экзопланетах, мы пришли к следующим выводам:

- искать новые планеты пригодные для жизни, и изучать найденные - это увлекательное и важное занятие для человечества в целом и для каждого человека, увлекающегося космосом в отдельности.

- космос в наше время изучен в очень малой степени, так что самые интересные экзопланеты еще ждут своих первооткрывателей. Число известных экзопланет растет с каждым годом. Анализ этих планет позволит ученым лучше понять природу образования всех планет, а может быть и самой жизни.

В своей работе я раскрыл понятие «экзопланета», рассмотрел и описал их виды, изучил историю и методы открытия,  и постарался ответить на вопрос: «Возможна ли колонизация?» и мой ответ – возможна.

Исходя из всего перечисленного, считаю, что я достиг поставленной цели и решил намеченные задачи.

Список использованной литературы.

1. Экзопланета (Электронный ресурс). - https://ru.wikipediа.org.

2. Бурга, Г. А. Оазисы экзопланет/ Г. А. Бурга// Вокруг света. - 2006. - № 9 - с.38 - 45.

3. 11 интересных фактов об экзопланетах// Сайт «Сто фактов».

4. Славолюбов Б. «От наблюдений звёзд до наблюдений планет у звёзд»//Планетные системы.

5. Что такое экзопланета?// Сайт «Ин-Спейс».

6. Левин А. «Свита звёзд»//Популярная механика. – М., 2009. - №1 (75). – с. 24 – 29.

Приложение 1. Описание уникальных экзопланет.

    Ад во плоти. Планета KELT-9b

    Это самая горячая экзопланета среди когда-либо обнаруженных. Она настолько горячая, что буквально сама себя убивает, выжигая свою массу. Она находится в 650 световых годах от нас и постоянно повернута одной стороной к своей звезде (температура 4600К, что немного уступает температуре на поверхности Солнца, которая составляет 5780К). Обнаружена в 2016 году . На октябрь 2022 самая горячая известная экзопланета.

    Мир воды. Планета GJ (Глизе)1214b

    Планета - "водный мир", которая составляет 6,55 масс Земли. Открыта в декабре 2009 года. Температура от 120 с до 280 с. Атмосфера состоит из густого водяного пара с небольшой примесью гелия и водорода (учитывая высокую температуру на поверхности, считается, что вода находится в состоянии горячего льда и супержидкой воды) находится в 42 световых годах от нас. Она располагает океанами, глубина которых достигает 1600 км.

    Планета PSR J1719-1438b

    Эта экзопланета открыта в 2009 году. Находится в 4000 световых годах от Земли. Из-за очень мощной силы гравитации и оказываемого давления планета превратилась в один гигантский алмаз, так как состоит преимущественно из кристаллического углерода. Именно такие удивительные открытия и являются стимулом для дальнейшего освоения космоса.

    Темная планета. TrES-2b

    Экзопланета открыта в конце 2006 года. Находится в 750 световых годах от Земли (атмосфера состоит из испаренного натрия, калия и оксида титана, поэтому так мало отражает солнечного света). Самая темная планета, так как отражает менее 1 % света звезды, который ее достигает. Это делает ее чернее угля. Масса и радиус планеты указывают на то, что это газовый гигант с объёмным составом, аналогичным составу Юпитера.

    HD 189733b Планета с дождями из стекла.

    Эта планета открыта в 2005 году. Расположена в 64,5 световых годах от Солнечной системы в созвездии Лисицы. Дневная температура на планете - 930 с - 1700 с. Ночные же температуры составляют 1200 по фаренгейту. Ее размер аналогичен размеру Юпитера. Ветра на этой планете могут достигать 8700 км/ч, поэтому частицы из диоксида кремния (раскаленное стекло), производимые концентрированной атмосферой, не успевают долететь до поверхности, гонятся горизонтально в разные стороны, разрезая все на своем пути. Еще интерес этой планеты состоит в том, что планета так близко к своей звезде, что внешняя атмосфера фактически испаряется. По оценкам астрономов теряет массу со скоростью от 100 до 600 миллионов килограмм каждую секунду. Так что потенциальная жизнь на этой интересной планете под большим вопросом.

Приложение 2. Фото с классных часов и рисунки ребят.