У статті, на яку посилаємося у Вікіпедії, планетою називають велике, майже сферичне небесне тіло, що обертається навколо зорі, зоряного залишку або коричневого карлика і саме не є ані зорею, ані її залишком. У Сонячній системі за суворим визначенням налічується вісім таких тіл: чотири планети земної групи (Меркурій, Венера, Земля, Марс) і чотири газові гіганти (Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун). Але вже у 1992 році астрономи підтвердили перші екзопланети, а зараз відомо понад п’ять тисяч таких світів — і це лише ті, які вдалося зафіксувати наявними методами.
Оцінки на основі гравітаційного мікролінзування кажуть, що в Чумацькому Шляху в середньому принаймні 1,6 планети на кожну зорю. Тобто мова йде про мільярди потенційних світів лише в нашій Галактиці. Нижче розбираємось, як такі тіла народжуються, чим вони відрізняються між собою, як їх відкривають і що вже відомо про сусідів Землі та про далекі кам’янисті світи.
Що таке планета: визначення і ключові критерії
Сьогодні «планета» — це не побутове, а суворо астрономічне поняття. Відповідно до рішення 26-ї Генеральної асамблеї Міжнародного астрономічного союзу (IAU) у 2006 році, тіло в Сонячній системі вважають планетою, якщо воно одночасно:
- обертається навколо Сонця і не є супутником іншого тіла;
- має достатню масу, щоб під дією власної гравітації набути гідростатичної рівноваги, тобто майже сферичної форми;
- «розчистило» околиці своєї орбіти, тобто домінує гравітаційно вздовж траєкторії і не «ділить» її з іншими порівнянними за масою тілами.
Саме третій пункт став вирішальним для Плутона. Коли в поясі Койпера відкрили Ериду, маса якої близька до плутонівської, стало зрозуміло, що стара дев’ятипланетарна схема не відображає реальності. Тому Плутон, Ерида, Церера, Макемаке і Гаумеа тепер класифікуються як карликові планети: вони сферичні й обертаються навколо Сонця, але не домінують на своїх орбітах.
Це визначення стосується лише Сонячної системи. Для екзопланет є свої робочі категорії, але єдиного міжнародного визначення наразі немає — наукове товариство обговорює, як коректно класифікувати бродячі планети-сироти, сферичні супутники на кшталт Титана й інші крайні випадки.
Типи планет і головні відмінності
Астрономи ділять планети за масою, складом і орбітою. У Сонячній системі це класифікація земної групи та газових/крижаних гігантів. За її межами з’явилися нові типи, яких у нас просто немає: суперземлі, мінінептуни, гарячі юпітери, планети з витягнутими орбітами. Коротко про кожен тип — у таблиці.
| Тип | Де зустрічається | Характерні риси |
|---|---|---|
| Земна група (Меркурій, Венера, Земля, Марс) | Сонячна система, внутрішні орбіти | Тверда поверхня, висока середня густина (3,97–5,52 г/см³), невеликі розміри, тонка або помірна атмосфера |
| Газові гіганти (Юпітер, Сатурн) | Сонячна система, зовнішні орбіти | Переважно водень і гелій, кільця, численні супутники, низька середня густина |
| Крижані гіганти (Уран, Нептун) | Сонячна система, зовнішні орбіти | Водень, гелій, багато «льодів» (вода, аміак, метан), сильний вітер, нахил осі обертання |
| Суперземлі | Екзопланети | Маса 1–10 мас Землі, переважно кам’янистий склад, у Сонячній системі представників немає |
| Мінінептуни | Екзопланети | Маса 2–10 мас Землі, густа атмосфера з водню й гелію, більші за Землю, але менші за Нептун |
| Гарячі юпітери | Екзопланети | Газові гіганти на дуже близьких орбітах до своїх зір, класичний приклад — 51 Пегаса b |
Класифікація побудована на фізиці, а не на зовнішній подібності. Саме маса визначає, чи зможе тіло утримати легкі гази, чи буде воно кам’янистим, і чи зможе «розчистити» околиці своєї орбіти. Межа між «звичайною» планетою і коричневим карликом залишається предметом дискусій: коричневі карлики мають масу від приблизно 13 мас Юпітера, у них коротко проходять реакції дейтерію, але до повноцінних зір вони «не дотягують».
Як формуються планети: сучасний погляд
Небулярна гіпотеза
Панівна теорія пояснює, що планети формуються з газово-пилового диска, який оточує молоду зорю. Спочатку дрібні пилинки злипаються в планетезималі, ті притягують речовину гравітацією і ростуть. Коли маса зародка перевищує масу Марса, він починає ефективно захоплювати газ, формуючи щільну газову оболонку. У результаті утворюються або кам’янисті тіла земної групи, або газові й крижані гіганти — залежно від того, скільки газу встиг накопичити зародок і де саме він сформувався.
Коли протозоря виростає до стану зорі, залишковий диск поступово розсіюється зсередини назовні через фотовипаровування, сонячний вітер і ефект Пойнтінга — Робертсона. Ті протопланети, яким пощастило уникнути зіткнень, можуть стати супутниками, карликовими планетами або просто малими тілами поясів астероїдів і Койпера. Ті, що набрали критичну масу й захопили більшість речовини на своїй орбіті, стають повноцінними планетами.
Диференціація і внутрішнє тепло
Зіткнення дрібних тіл і радіоактивний розпад нагрівають молоду планету, через плавлення всередині відбувається диференціація: важчі елементи опускаються до ядра, легші піднімаються. На Землі це дало залізне ядро, яке генерує магнітне поле, і рухому мантію, з якою пов’язані тектоніка і вулканізм. Внутрішнє тепло Юпітера і Сатурна — частково залишкова енергія акреції, яка повільно випромінюється з надр.
Чому Землю «допустили» до статусу планети лише в XVI–XVII століттях
Античні астрономи називали «планетами» Сонце, Місяць, Меркурій, Венеру, Марс, Юпітер і Сатурн — усе, що рухалося на тлі «нерухомих» зір. Земля в цій картині була центром світобудови. Тільки з поширенням геліоцентричної моделі Коперника і подальшим розвитком телескопів Землю визнали одним із небесних тіл, а термін «планета» поступово набув сучасного значення.
Сонячна система: вісім сусідів у цифрах
Вісім планет Сонячної системи — наш «навчальний клас». Запам’ятати їх легше, якщо порівняти ключові параметри: відстань від Сонця, масу, тип і цікавинки. У таблиці нижче для порівняння наведено Землю як точку відліку — саме такі відносні цифри часто використовують у шкільних і популярних матеріалах.
| Планета | Тип | Відносний радіус (Earth = 1) | Відносна маса (Earth = 1) | Характерна деталь |
|---|---|---|---|---|
| Меркурій | Земна група | 0,383 | 0,055 | Різниця денних і нічних температур сягає близько 600 °C |
| Венера | Земна група | 0,949 | 0,815 | Обертається у зворотний бік, доба довша за рік (243 проти 225 земних діб) |
| Земля | Земна група | 1 | 1 | Єдина відома планета з рідкою водою на поверхні та біосферою |
| Марс | Земна група | 0,532 | 0,107 | Має найвищу гору в Сонячній системі — Олімп, близько 21 км заввишки |
| Юпітер | Газовий гігант | 11,21 | 317,8 | Маса у 2,5 рази більша за масу всіх інших планет разом узятих |
| Сатурн | Газовий гігант | 9,45 | 95,16 | Середня густина близько 0,687 г/см³, менша за густину води |
| Уран | Крижаний гігант | 4,01 | 14,54 | Вісь обертання нахилена майже на 98°, планета «котиться» по орбіті |
| Нептун | Крижаний гігант | 3,88 | 17,15 | Найсильніші вітри в Сонячній системі — до 2100 км/год |
З цих цифр видно головне: чотири внутрішні планети — кам’янисті, відносно невеликі, з твердою поверхнею; чотири зовнішні — великі газові й крижані гіганти, де «поверхні» в звичному розумінні просто немає. Великі супутники Юпітера (Ганімед, Іо, Європа, Каллісто) і Титан біля Сатурна за розмірами і густиною нагадують планети земної групи, хоча формально ними не є.
Екзопланети: що знайшли за тридцять років
Перші надійно підтверджені екзопланети — два кам’янисті тіла біля пульсара PSR B1257+12 — оголосили у 1992 році радіоастрономи Александер Вольщан і Дейл Фрейл. Це був технічний прорив, але справжній «вибух» стався 1995 року, коли Мішель Майор і Дідьє Кело з Женевського університету відкрили 51 Пегаса b — першу екзопланету біля звичайної зорі головної послідовності. З того часу список підтверджених об’єктів перевищив 5000, і ще десятки тисяч кандидатів чекають перевірки.
Характер відкритих об’єктів змінювався разом з інструментами. Метод радіальних швидкостей, який дав перші результати, налаштований на масивні тіла на близьких орбітах — тому перші екзопланети були «гарячими юпітерами». Місія «Кеплер» додала транзитний метод, що дозволив знаходити менші тіла, включно з планетами розміром із Землю (Kepler-20e і Kepler-20f, 2011 рік). Серед сучасних і майбутніх проєктів — TESS, CHEOPS, PLATO, наземні спектрометри ESPRESSO й HARPS і космічний телескоп «Джеймс Вебб» (JWST).
Аналіз даних гравітаційного мікролінзування показує, що в середньому на кожну зорю в Чумацькому Шляху припадає мінімум 1,6 планети. Якщо кожна п’ята сонцеподібна зоря має планету розміром із Землю в зоні, придатній для життя, то найближчий такий світ може лежати в межах 12 світлових років від нас. Ця величина входить у рівняння Дрейка як одна з ключових змінних для оцінки кількості цивілізацій у Галактиці, з якими ми потенційно можемо встановити контакт. Базове визначення «планети» та історія відкриттів описані в українському енциклопедічному матеріалі за посиланням на статтю «Планета» у Вікіпедії, що дає корисний контекст для цього твердження.
Планети земної групи: де шукати сліди життя
Коли йдеться про пошук життя, в центрі уваги — планети земної групи або схожі на них кам’янисті світи. Ключових вимог три: тверда поверхня, помірна температура, рідка вода хоча б частину часу. У Сонячній системі під ці критерії повною мірою підпадає лише Земля. Марс — на межі: колись на ньому була рідка вода, сьогодні її немає на поверхні, але є льоди і, ймовірно, підповерхневі резервуари. Венера за температурою і тиском не підходить, хоча окремі дослідження припускають існування вузького шару атмосфери, де умови могли б бути терпимими для деяких мікроорганізмів.
За межами Сонячної системи інтерес становлять суперземлі й кам’янисті мінінептуни в зоні, придатній для життя. Станом на початок 2020-х років відомо понад 100 таких об’єктів розміром із Землю, і 20 з них перебувають у «населеній» зоні. Але «в зоні» означає лише, що температура дозволяє воді бути рідкою за відповідного тиску. Чи є там атмосфера, чи є магнітне поле, чи стабільна поверхня — це питання, на які поки що відповідають непрямими методами. Надійних доказів існування життя на інших планетах станом на сьогодні немає.
Методи пошуку екзопланет
Основних методів п’ять, і кожен має свої сильні та слабкі сторони. Саме їхнє комбінування і дає сучасну статистику.
- Транзитний метод. Фіксує невелике падіння яскравості зорі, коли планета проходить перед її диском. Працює найкраще для великих тіл на близьких орбітах і застосовується космічними телескопами «Кеплер», TESS, PLATO.
- Метод радіальних швидкостей. Вимірює гравітаційний вплив планети на зорю за допомогою доплерівського зсуву спектральних ліній. Найкраще «ловить» масивні тіла на коротких орбітах. Цим методом відкрили 51 Пегаса b.
- Гравітаційне мікролінзування. Використовує ефект Ейнштейна: коли зоря з планетою проходить перед далекою зорею, яскравість останньої короткочасно підсилюється. Метод чутливий до планет на середніх і далеких орбітах і дозволив оцінити, що в Чумацькому Шляху в середньому мінімум 1,6 планети на зорю.
- Пряме спостереження. Працює переважно для молодих, великих і далеких від зорі планет. Вимагає потужних коронографів і адаптивної оптики, як на Дуже великому телескопі (ELT) у Чилі або на JWST.
- Астрометрія. Вимірює крихітні коливання положення зорі на небі через гравітаційний вплив планети. Метод особливо корисний для довгоперіодичних гігантів і розвивається в місії Gaia.
Як відрізнити планету від карликової планети
Визначення IAU 2006 року вимагає, щоб тіло відповідало трьом умовам, описаним вище: обертатися навколо Сонця, не бути супутником і мати гідростатичну рівновагу. Третя умова — «розчистити околиці своєї орбіти» — і відрізняє планету від карликової. Плутон, Ерида, Церера, Макемаке і Гаумеа — карликові планети, бо їхні орбіти «ділять» з іншими великими тілами поясів Койпера й астероїдів.
Для екзопланет є окрема категорія, але міжнародного «єдиного» визначення поки немає — наукове товариство обговорює критерії, зокрема з огляду на сферичні супутники на кшталт Місяця і Титана, які за фізичними параметрами нагадують планети, але формально ними не є. Частина планетологів уживає слово «планета» ширше, поширюючи його на карликові планети та великі супутники.
Сучасні дані про формування і склад планет
Сучасна планетологія спирається на дані наземних і космічних місій: «Кеплер», TESS, «Кассіні», «Юнона», «Нові горизонти», Mars-Express, ExoMars, «Чан’е» і майбутні програми з вивчення Титана. Ці проєкти дають змогу уточнювати, як саме формуються газові гіганти, чому в одних зоряних системах багато суперземель, а в інших — лише гарячі юпітери, і як міграція планет після формування змінює архітектуру системи.
Аналіз даних свідчить, що рівень металічності зорі (вміст елементів важчих за гелій) істотно впливає на ймовірність формування планет. Зорі населення I, багаті на метали, частіше мають розвинені планетні системи, ніж бідні на метали зорі населення II. Це допомагає пояснити, чому одні зоряні системи «густо населені», а інші виглядають порожніми. Об’єкти з масою менше двох земних, імовірно, мають кам’янистий склад, як і Земля; масивніші — переважно крижані або газові, хоча точні межі ще уточнюються.
Цікаві факти про планети
- Юпітер важить більше, ніж усі інші планети Сонячної системи разом узяті, — приблизно у 2,5 рази.
- Один «рік» на Меркурії триває 88 земних діб, а одна доба — майже 176. Тобто доба там довша за рік.
- На Венері доба довша за рік: 243 проти 225 земних діб, і обертається вона у зворотний бік.
- Середня густина Сатурна становить близько 0,687 г/см³ — менше за густину води.
- На Урані вісь обертання нахилена на 97,77°, тому він «котиться» по орбіті, а не «обертається стоячи».
- На Нептуні дмуть найшвидші вітри в Сонячній системі — до 2100 км/год.
- У поясі Койпера відомо п’ять визнаних карликових планет: Плутон, Ерида, Макемаке, Гаумеа і Церера (остання — у поясі астероїдів).
Глобальний контекст: як працює міжнародна спільнота
Сучасна планетологія — міжнародна наука. Координацією займається Міжнародний астрономічний союз, який об’єднує понад 12 000 членів із 92 країн. Саме IAU затверджує нові назви, визначення і класифікації небесних тіл. Дані відкритих обсерваторій зберігаються в архівах NASA, ESA, JAXA та інших агенцій, а також у відкритих каталогах на кшталт NASA Exoplanet Archive, де будь-хто може переглянути параметри підтверджених екзопланет.
Україна бере участь у цій роботі через Головну астрономічну обсерваторію НАН України, астрономічні кафедри Київського національного університету імені Тараса Шевченка, Харківського національного університету, Одеського національного університету, а також через спільні проєкти з Європейською південною обсерваторією. Для українських школярів і студентів, які цікавляться астрономією, це означає реальний шлях у професію — від обробки даних «Кеплера» до спостережень на спектрометрі ESPRESSO.
Майбутнє: що буде далі
Найближчими роками очікуються дані від космічного телескопа PLATO, який спеціалізується на пошуку кам’янистих планет у зоні, придатній для життя. Паралельно наземний ELT у Чилі дасть перші спектри атмосфер деяких екзопланет. Це дозволить перевірити, чи є в їхніх атмосферах водяна пара, метан та інші біосигнатури. На цьому етапі наука поступово переходить від «як багато планет» до «які саме ці планети».
Поки що жодних надійних доказів існування життя на інших планетах немає. Але відсутність доказів не дорівнює відсутності явища, а нові інструменти дають змогу перевіряти гіпотези, які ще десятиліття тому здавалися фантастикою.
Поширені запитання
Скільки планет у Сонячній системі?
У Сонячній системі вісім планет: Меркурій, Венера, Земля, Марс, Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун. Плутон з 2006 року має статус карликової планети.
Чим планета відрізняється від карликової планети?
Планета має бути достатньо масивною, щоб набути гідростатичної рівноваги, обертатися навколо Сонця і «розчистити» околиці своєї орбіти від інших великих тіл. Карликова планета відповідає першим двом умовам, але не третій.
Чому Плутон не вважають планетою?
Плутон не відповідає третій умові визначення IAU 2006 року: його орбіта перетинається з орбітами інших тіл поясу Койпера, і він не домінує гравітаційно на своїй орбіті. Тому його перевели в категорію карликових планет.
Що таке екзопланета?
Екзопланета — це планета, що обертається навколо іншої зорі, а не Сонця. Перші дві надійно підтверджені екзопланети відкрили 1992 року біля пульсара PSR B1257+12, а першу біля звичайної зорі — 1995 року, це 51 Пегаса b.
Скільки екзопланет відомо?
Станом на сьогодні підтверджено понад 5000 екзопланет, і ще десятки тисяч кандидатів чекають на перевірку. Оцінки свідчать, що в середньому в Чумацькому Шляху мінімум 1,6 планети на кожну зорю.
Чи може людина колись потрапити на іншу планету?
Поки що реальна мета — Місяць і Марс. До Місяця вже літали люди, Марс залишається наступним логічним кроком, але технічно це завдання на десятиліття. До екзопланет через величезні відстані подорожувати в осяжному майбутньому неможливо.
Як виникла Сонячна система?
За панівною небулярною гіпотезою Сонце і протопланетний диск утворилися з газово-пилової туманності, що колапсувала. Усередині диска пил злипався в планетезималі, ті — у протопланети, які врешті стали сучасними планетами.
Чи є планети розміром із Землю?
Так, уже відомо понад 100 екзопланет розміром приблизно із Землю, і частина з них перебуває в зоні, придатній для життя, де за наявності атмосфери можлива рідка вода на поверхні.
