Калеб Шарф - Ошибка Коперника. Загадка жизни во Вселенной

Иначе говоря, если у звезды есть планеты, она колеблется, и ее колебания меняются со временем. Возможно, вы даже можете наблюдать это непосредственно – заметить, как звезда еле-еле заметно движется туда-сюда по небу. Однако если вы прибегнете к помощи эффекта Допплера [86] Это явление названо в честь австрийского физика XIX века Кристиана Допплера и сводится к изменению частоты волны при относительном движении. Наглядный пример, который всегда приводят, – то, как повышается звук сирены на полицейской машине или карете «скорой помощи», когда машина едет в вашу сторону и, в сущности, сжимает звуковые волны, и как он понижается, когда машина удаляется и волны растягиваются. «Красное смещение» звезд и галактик, которые удаляются от нас, – это то же самое, только применительно к электромагнитному излучению или свету, однако поскольку свет и сам движется со скоростью, гм, света, это требует некоторых корректировок, при которых искажается еще и время, и существуют соответствующие уравнения релятивистского эффекта Допплера. , результат будет несколько лучше: о наличии планет вам подскажет изменение частоты – то есть цвета – светового излучения при движении звезды к нам и от нас.

Однако зарегистрировать это по-прежнему трудно, хоть плачь. Планета вроде Земли вызывает движение Солнца всего на десяток-другой сантиметров в секунду, и проявляется это маятникообразное движение лишь за период около года. Юпитер послужил бы нашей цели немного лучше. Он способен смещать Солнце примерно на 12 метров в секунду, однако рисунок этих колебаний размазан по десяти годам, за которые Юпитер совершает оборот по орбите. Нужно быть очень упорным и терпеливым наблюдателем, чтобы заметить его.

Мало этих трудностей: поверхность звезды – место очень неспокойное, пылающий и сияющий газ постоянно вздымается и опадает. Местные колебания вполне могут превосходить по силе более плавное и мерное движение, вызванное гравитацией планет, и еще сильнее смазать данные наблюдаемого солнечного света.

Задача эта не для слабонервных. Звездный свет, который улавливают мощные телескопы, нужно расщепить на тысячи составляющих его частот – примерно так свет преломляется в стеклянной призме и получается радуга. Астрономы должны выявить трудноразличимые маркеры – специфические спектральные свойства электронов, скачущих в атомах, которые составляют звезду, и пользоваться полученными величинами как линейкой. Поэтому сами маркеры нужно измерить необычайно точно, тщательно исследовать и на их основании произвести тщательную оценку скорости объекта весом в тысячи триллионов тонн, который движется, быть может, медленнее пешехода.

Искать планеты можно и другими способами, не менее сложными, поскольку опираются они как на умение, так и на везение. Иногда планетные системы ориентированы таким образом, что отсюда, с Земли, видно, как планеты вращаются вокруг родительских звезд, заслоняют их [87] Это так называемый транзитный метод: планеты проходят перед своими звездами и чуть-чуть блокируют свет. Транзитный метод – это основной способ обнаружения других планет, он применяется на космических телескопах «Кеплер» и COROT. Тщательный анализ отклонений в ритме проходов может выявить также и присутствие в системе других планет, которые не заслоняют звезду, однако оказывают гравитационное воздействие на те, которые мы наблюдаем. и перегораживают несколько долей процента света звезды, доходящего до нас. Если это заметить – а потом заметить еще раз, при следующем витке по орбите, и при следующем тоже, – можно сделать вывод о наличии этих крошечных пятнышек и даже об их размерах.

Реже признаком наличия планет становятся искажения пространства-времени вокруг звездных систем (к тому же их труднее регистрировать и интерпретировать): гравитационные поля искривляют световые лучи – следствие релятивистской природы Вселенной. Если свет более далекой звезды проходит в нужной точке звездной системы, оказавшейся между нами, он ведет себя так, словно в пространстве подвешена линза. Этот свет ненадолго усиливается и вспыхивает, и вспышку видно несколько дней, а затем оптическая конструкция рассыпается из-за круговорота небесных тел. Гравитационную линзу [88] Присутствие планет может приводить к странным, чудесным и очень сложным отклонениям в том, как виден свет от звезды, находящейся на заднем плане. Однако темп, в котором с нашей точки зрения звезды с планетами выстраиваются в линию с более далекими звездами (у которых, возможно, тоже есть планеты), чтобы получалась линза, очень низок. Поэтому исследования при помощи гравитационных линз требуют терпения и тщательного отслеживания великого множества звезд. Но все равно этот способ позволяет обнаруживать планеты с огромной чувствительностью и на самых разных орбитальных расстояниях от звезд и помогает собрать статистику по численности планет. может создавать и одинокая звезда, но стоит добавить планеты, и характер вспышки меняется, а по его изменениям можно сделать выводы об этих планетах, их орбитах и массах.

Все эти способы изобилуют трудностями, и долгая история попыток обнаружить планеты вокруг звезд полна неудач и обманутых надежд. Однако ко второй половине ХХ века астрономические методы достигли такого уровня, что целый ряд отважных и упорных ученых [89] Среди имен, которые иногда забывают (хотя многие из этих исследователей обрели заслуженную славу, особенно Мишель Майор, Дидье Келос, Джефф Марси и Р. Пол Батлер), – канадцы Гордон Уокер и Брюс Кэмпбелл, которые стали первопроходцами в области современной методики поиска планет на основании эффекта Допплера. сочли, что обладают достаточно реалистичной базой для обнаружения крошечных темных крупиц-планет вокруг далеких звезд. То есть было показано, что планеты все-таки существуют – конечно, это и раньше считалось весьма вероятным, однако оставались досадные сомнения. Но вот что интересно: большинство этих ученых пребывали в убеждении, что если они что-то и найдут, это будет что-то донельзя скучное. В сущности, они представляли себе копии нашей Солнечной системы, знакомые разновидности планет в знакомых сочетаниях. Хотя современные писатели-фантасты постоянно изобретали что-то из ряда вон выходящее, ничуть не хуже авторов «Тысячи и одной ночи», а то и куда более сенсационное, исследователи не искали подобные планеты. Гипотетические планеты и орбиты, которые представляли себе астрономы, ничем особым не отличались – все они были более или менее похожими копиями нашего непосредственного окружения.

А достаточно смелые гипотезы держались на периферии – отчасти именно из-за вполне понятного научного консерватизма. К тому же нас довольно долго сбивало с толку неверное толкование принципа Коперника. Раз мы не занимаем никакого особого положения в центре мироздания, разумно предположить, что в других местах все точно так же, как у нас. Если мы всего-навсего заурядная планетная система при заурядной звезде, резонно ожидать, что остальные планетные системы похожи на нас. В итоге к концу ХХ века мы, в сущности, высматривали планеты вроде Юпитера или Сатурна. Это должны были быть массивные небесные тела, медленно вращающиеся по большим орбитам и обеспечивающие очень вялый, но все же заметный танец при движении их звездных родительниц. А найти планеты размером с Землю нечего было и думать – в то время чувствительность оборудования этого не позволяла, хотя не оставалось сомнений, что конечной целью любого ученого, пусть и невысказанной, были именно такие миры.