Песах Амнуэль - Далекие сестры Земли

Конечно, планета по размерам много меньше звезды и затмевает лишь очень незначительную её часть. Но сейчас можно обнаруживать изменения яркости звезды на очень малые доли процента, чем астрофизики и воспользовались. Легче обнаружить планеты, близкие к звезде. Во-первых, они затмевают бульшую часть звезды, яркость её во время прохождения планеты перед звёздным диском уменьшается на бульшую величину. Во-вторых, как и в случае измерения лучевых скоростей для близких к звезде планет, не нужны длительные сеансы наблюдений: период в несколько часов заметить проще, чем период в несколько десятков дней.

Наблюдая прохождения планеты по диску звезды, невозможно определить её массу, но зато можно довольно точно вычислить её размер. На самом деле методом лучевых скоростей определяется не сама масса планеты, а её нижний предел, поскольку в формулу для расчёта входит неизвестная заранее величина угла наклона орбиты по отношению к наблюдателю. У второго метода другая проблема: прохождение планеты перед диском звезды можно наблюдать только тогда, когда плоскость её орбиты практически точно проходит через глаз наблюдателя. Зато если удаётся наблюдать и прохождения планеты, и изменения лучевых скоростей звезды, то можно достаточно надёжно вычислить её массу и размер. Зная массу и радиус планеты, легко вычислить среднюю плотность вещества, из которого она состоит.

Есть и другие, менее популярные методы поиска экзопланет. Например, микролинзирование. Метод основан на том, что луч света, который в пустоте движется строго по прямой, искривляется вблизи массивного небесного тела. Будь это галактика, звезда или планета, тяготение заставляет луч света отклониться от прямой примерно так же, как обычная выпуклая стеклянная линза фокусирует световые лучи, заставляя их сходиться в одной точке. Приставка «микро» означает, что эффект обычно чрезвычайно мал, особенно если речь идёт о планете в далёкой звёздной системе. Тем не менее при нынешних возможностях астрономических наблюдений можно обнаружить искривление светового луча не только звездой (Солнцем, например, как это наблюдали в 1919 году, доказав тем самым справедливость общей теории относительности), но и достаточно массивной планетой, обращающейся около этой звезды. Лучше всего метод работает, если искать одиночные планеты, когда-то выброшенные из своих звёздных систем и блуждающие в космическом пространстве. Планеты земной массы методом микролинзи-рования обнаружить не удаётся — слишком слаб эффект (но в будущем это должно получиться!), а планеты с массой Юпитера и более массивные отыскать вполне возможно. Первые несколько одиночных экзопланет в нашей Галактике обнаружили таким способом в 2011 году.

Метод микролинзирования недавно использовали в попытке доказать, что и в других галактиках есть экзоплане-ты. Сами планеты, конечно, не видны. Доказательство косвенное, но достаточно убедительное. Астрофизики из университета Оклахомы проанализировали излучение квазара RX J1131-1231. По пути от квазара к нам свет (точнее, речь идёт о рентгеновском излучении) прошёл через безымянную галактику, расположенную на расстоянии 3,8 миллиарда световых лет от Земли и послужившую гравитационной линзой. Полученные данные лучше всего объясняются присутствием в галактике огромного числа тел планетарной массы. По оценкам учёных, на каждую звезду главной последовательности в этой галактике приходится около двух тысяч тел планетной массы — от массы Луны до массы Юпитера. Причём эти экзопланеты находятся вне звёздных систем — в межзвёздном пространстве.

Экзопланеты сейчас открывают практически каждый день, поэтому трудно назвать количество уже известных. По данным на 11 ноября 2017 года, число их достигло 3704, но за прошедшие четыре месяца новых экзопланет стало, возможно, уже на сотню-другую больше. Пока чаще всего открывают по одной планете в звёздной системе, тем не менее в 621 из них уже обнаружили по две, три планеты и более. В системе Trappist-1, например, известно семь планет, и это не предел! А ещё есть большой список предполагаемых экзопланет, существование которых пока надёжно не подтверждено. Таких «кандидатов» сейчас около пяти тысяч. Чтобы доказать, что эти планеты реально существуют, нужно провести дополнительные наблюдения. Возможно, отдельные данные окажутся ошибочными, но в большинстве случаев наблюдения будут подтверждены и новые экзопланеты пополнят каталог.

Когда открыли первые несколько десятков экзопланет, стало ясно, что они представляют собой массивные горячие тела с температурой в сотни Кельвинов и массой больше, а то и много больше массы Юпитера. Их так и назвали: горячие юпитеры. Располагались они близко к своим звёздам, периоды обращений составляли всего несколько часов. Конечно, это был результат наблюдательной селекции, а вовсе не свидетельство того, что все экзопланеты массивные и горячие. Большие по размерам и близкие к звезде планеты легче обнаружить методом прохождения или с помощью эффекта Доплера.

По мере того как совершенствовалась техника наблюдений и особенно после запуска главного «ловца» экзопланет, спутника «Кеплер», в «ловушку» стали попадаться менее массивные и более далёкие от своих звёзд планеты. Выяснилось, как, в принципе, и ожидали учёные, что число горячих юпитеров не так уж велико и что в звёздных системах гораздо больше планет с массами, ненамного превышающими массу Земли. Сейчас, когда каталогизировано уже около четырёх тысяч экзопланет, можно провести систематизацию и разделить эти объекты на типы и подтипы.

Классификацию экзопланет, быстро получившую признание, предложили астрофизик из Аризонского университета Давид Сударский и его коллеги. Они разделили экзопланеты на два типа — газовые и землеподобные (каменные). Газовые различают по их массе: холодные и горячие юпитеры, холодные и горячие нептуны, водные и ледяные гиганты и ещё несколько более экзотических, как, например, су-перюпитеры с огромной, почти звёздной массой. Планеты земного типа тоже разделены на группы: мегаземли (имеют массу в несколько раз больше земной, но «недотягивают» до планет типа Нептуна); планеты-океаны, планеты железные и углеродные, покрытые лавой и пустынные. Астрофизики не могут (пока, во всяком случае) непосредственно наблюдать поверхность экзопланеты. О её характеристиках они судят по косвенным признакам. Например, определить, что планета состоит в основном из достаточно тяжёлых элементов вроде железа, можно, зная её массу и размеры, а следовательно, и среднюю плотность вещества.

Читать дальше