Песах Амнуэль - Далекие сестры Земли

С тех пор, как люди поняли, что звёзды на небе вовсе не шляпки гвоздей, вбитых в небесную твердь, они не переставали думать о том, что далеко-далеко вокруг светил могут обращаться планеты, подобные земле, и что на этих планетах возможна жизнь, подобная нашей. а если так, почему бы не существовать и разумным инопланетянам? астрофизики назвали планеты вне Солнечной системы экзопланетами и занялись их поиском и изучением.

Солнце — звезда обычная, таких в Галактике около ста миллиардов. Естественно предположить, что и другие звёзды обладают планетными системами. Протопланетые газопылевые диски формируются вместе со звёздами, а потому у немассивных звёзд, возраст которых достигает миллиардов лет, планетные системы уже давно сформировались. Значит, и число «взрослых» планетных систем в Галактике может исчисляться десятками миллиардов. В каждой такой системе наверняка не одна планета, а может, и не один десяток самых разных масс на самых разных расстояниях от центральной звезды.

В прошлом за подобный взгляд на мироздание можно было поплатиться жизнью. Пример тому судьба выдающегося мыслителя эпохи Возрождения Джордано Бруно * . Значительно позднее — в ХIХ и ХХ веках — об экзопланетах начали писать фантасты. Появились даже немногочисленные учёные, которые утверждали, что им удалось обнаружить планету, обращающуюся около другой звезды. Британский астроном Уильям Джейкоб, например, в 1855 году сообщил об открытии планеты у звезды 70 Змееносца. Впоследствии планету «обнаружили» у Летящей Барнарда ** ; правда, это «открытие» не подтвердилось.

____________________

[ *Итальянский астроном Джордано Бруно (1548- 1600) утверждал, что планеты вращаются вокруг Солнца и что таких планет, как Солнце, во Вселенной великое множество. **См. статью «Летящая» в журнале «Наука и жизнь» № 7, 2017 г.]

Знания об экзопланетах существенно расширились в конце прошлого века, а в начале нынешнего произошёл качественный скачок — на околоземные орбиты вышли специализированные спутники с аппаратурой, способной реально обнаруживать экзопланеты. Главные «ловцы» экзопланет — космические телескопы COROT, запущенный Европейским космическим агентством в 2006 году, и «Кеплер», запущенный NASA в 2009 году. Много открытий удалось сделать в последнее десятилетие с помощью больших наземных телескопов обсерватории Кека на Гаваях, SuperWASP на Канарах и в ЮАР, а также в рамках программы поиска экзопланет HATNet.

Формально первой экзопланетой, существование которой было подтверждено независимыми наблюдениями, стала планета в системе оранжевого субгиганта Цефея. Формально — потому что наблюдения, проведённые в 1988 году канадскими астрономами Брюсом Кэмпбеллом, Гордоном Уолкером и Стефенсо-ном Янгом, подтвердились лишь 14 лет спустя, когда уже были открыты и каталогизированы десятки других экзопланет.

Первой экзопланетой, чьё существование было тогда же и подтверждено, стала громадная планета в системе звезды 51 Пегаса. Её масса превышает массу Юпитера, которая почти в 2,5 раза больше суммарной массы всех остальных планет Солнечной системы. Открыли её в 1955 году Мишель Майор и Дидье Келоз — сотрудники обсерватории Верхнего Прованса. Им повезло: планета расположена близко к своему солнцу (период обращения всего 4,23 суток) и обладает внушительными размерами. Так что обнаружить её было относительно легко.

Существует несколько способов. Наиболее простых — два. Первый: наблюдение лучевых скоростей звёзд. Способ известен давно, но раньше с его помощью искали не экзоплане-ты, а тёмные объекты звёздной массы в двойных системах. Ещё полвека назад астрофизики могли измерять лучевые скорости с точностью до нескольких километров в секунду. Этого было недостаточно, чтобы обнаружить экзопланету, масса которой невелика по сравнению с массой звезды, а поле тяжести очень слабо влияет на движение звезды, определяемое по смещению спектральных линий в результате эффекта Доплера * .

____________________

[ *Эффект Доплера — изменение длины волны излучения вследствие движения источника излучения относительно наблюдателя (или движения наблюдателя относительно источника).]

Принцип, однако, одинаков: неважно, что искать — невидимую звезду или планету, в обоих случаях тяготение невидимого тела заставляет звезду двигаться неравномерно. Перемещаясь по орбите вокруг общего центра масс, она то удаляется от наблюдателя, то приближается к нему. Линии в её спектре смещаются (из-за эффекта Доплера) то в более длинную сторону, когда звезда удаляется, то в более короткую, когда звезда приближается. Эффект этот связан с периодом обращения двух тел — видимой звезды и тёмного объекта — вокруг общего центра масс.

Если известна масса видимой звезды, то по величине смещения линий, зная период обращения, можно определить массу невидимки. Чем больше смещение линий, тем массивнее невидимка. Естественно, большее смещение измерить легче и, значит, более массивное невидимое тело обнаружить проще. А чем меньше период обращения, тем легче наблюдать — не нужны очень длительные экспозиции. Если период составляет десятки суток, то, чтобы его зафиксировать, наблюдать нужно хотя бы пару сотен дней. Используя метод измерения лучевых скоростей, астрономы нашли множество двойных звёздных систем, а когда техника наблюдений позволила определять очень небольшие изменения скорости (метр в секунду и даже меньше), стало возможно открывать экзопланеты. Так была обнаружена уже упомянутая массивная планета в системе 51 Пегаса.

Гораздо больше экзопланет нашли с помощью другого метода: не по изменениям скорости движения звезды, а по изменению её видимого блеска. Если в системе есть планета, то может случиться, что, двигаясь по орбите, она окажется на какое-то время точно между наблюдателем и звездой. Так, Венера и Меркурий время от времени проходят перед солнечным диском, и это можно видеть даже без телескопа, если воспользоваться закопчённым стеклом.