Газета Троицкий Вариант - Газета Троицкий Вариант # 49

В 1992 г. надежно зарегистрировали планетную систему у пульсара. Это гораздо легче, чем найти планету у нормальной звезды: пульсар излучает строго периодические всплески радиоизлучения. Если скорость пульсара по лучу зрения (по направлению к нам) изменилась, фаза импульсов начнет смещаться. При этом можно отлавливать изменения скорости в десятки сантиметров в секунду. Далее, если планет несколько, эти перемещения остается разложить на сумму кеплеровских орбит. Однако планеты у пульсара — не нормальные планеты.

Пульсар — нейтронная звезда, образовавшаяся при взрыве сверхновой. Нормальная планетная система при взрыве разрушается. Эти планеты образовались вокруг нейтронной звезды уже после взрыва — из части выброшенного вещества. Так что они — нечто совершенно экзотическое, не имеющее никакого отношения к вопросу о других мирах, пригодных для обитания.

Прорыв в поиске экзопланет произошел в 1995 г. Сначала расскажем о методе, с помощью которого был совершен прорыв и который по сей день является основным в поиске планет у других звезд. Как и в случае с «пульсарными» планетами, он основан на измерении скорости по лучу зрения.

Планета и звезда вращаются вокруг общего центра тяжести. Солнце под влиянием всех планет описывает сложную траекторию, но главный элемент этой траектории — эллипс (почти круг) от тяготения Юпитера, скорость движения Солнца по этому кругу 12 м/с. Нельзя ли измерить эту скорость благодаря доплеровскому смещению спектра звезды: в случае Юпитера — на одну тридцатимиллионную длины волны. Проблема в том, что в случае с обычной звездой нет идеальных частот, как в случае пульсара. Есть спектральные линии поглощения света в звездной атмосфере. Но они довольно широкие. Звезда вращается, ее верхние слои и атмосфера в движении. А главное — все атомы хаотически движутся со скоростями многие километры в секунду, поскольку атмосфера горячая. А надо почувствовать изменение средней скорости атмосферы звезды на метры в секунду. То есть вылавливать смещения спектра меньше, чем на одну тысячную ширины линий и одну стомиллионную длины волны! И это делается!

Найти смещения спектра на одну стомиллионную «в лоб» — все равно, что измерить микронные смещения рулеткой стометровой длины. Нужна хитрость. Хитрость основана на том, что можно очень хорошо измерять искажения формы спектра, гораздо лучше, чем смещения. А чтобы смещения спектра искажали его форму, свет звезды пропускают через газ с сильно изрезанным спектром, например через пары йода. В спектрометр попадает суперпозиция спектров звезды и йода. Первый гуляет туда-сюда, второй стоит на месте и не меняется: температура паров йода поддерживается постоянной. Форма суперпозиции сильнее всего меняется там, где крутой склон линии звезды накладывается на крутой склон линии йода. Изрезанность обоих спектров гарантирует, что таких совпадений будет много и даже ничтожные смещения дадут измеримый эффект. Но это еще не все.

Движется не только звезда, движется и наблюдатель, притом с гораздо большими ускорениями, поскольку сидит на более легком небесном теле. Из лучевой скорости звезды приходится вычитать движение Земли вокруг Солнца, возмущаемое Луной и всеми планетами Солнечной системы, а также суточное вращение Земли. Таким образом достигается точность около метра в секунду. Такова скорость человека, идущего прогулочным шагом. Напомним, это скорость бурлящей горячей звезды, измеренная с несущейся по сложной траектории с космической скоростью планеты. Кстати, для этих измерений не нужны космические или даже рекордные наземные телескопы.

К 1995 г. достигнутая точность измерения лучевой скорости звезд была существенно ниже — 10-15 м/с. Этого было недостаточно, чтобы уверенно рассчитывать на быстрый успех: напомним, скорость движения Солнца вокруг общего центра тяжести с Юпитером — 12 м/с. Но действительность преподнесла подарок.

К 1995 г. в поиске экзопланет лидировали две конкурирующие группы: Мишель Майор, Дидье Келос (Женевский университет) и Джеф Марси, Пол Батлер (Университет Беркли, США). Первыми оказались швейцарцы. Историю открытия, излагаемую ниже, я почерпнул в основном из доклада Джефа Марси. К осени 1995 г. обе группы имели работающую методику и вели систематический поиск. По словам Марси, их точность была лучше: именно они придумали ячейку с парами йода. Швейцарцы, впрочем, использовали похожую методику. Как бы то ни было, 6 октября швейцарцы увидели периодические колебания лучевой скорости звезды 51 Пегаса, причем с огромной амплитудой — 60 м/с и очень коротким периодом — 4,2 дня. Такого никто не ожидал! Джеф Марси утверждает, что им просто не повезло: в каталоге, которым они пользовались, 51 Пегаса ошибочно значилась, как вспыхивающая звезда, и они исключили ее из списка целей. Вероятно, это был действительно предмет везения, поскольку уже через 2 недели Марси с Батлером подтвердили открытие, причем с лучшей точностью.

Но общественность поверила в открытие далеко не сразу. Уж очень неожиданным был результат. Он означал, что вокруг звезды, похожей на Солнце, на расстоянии, в 20 раз ближе, чем Земля к Солнцу, вращается огромная планета, сравнимая по массе с Юпитером. Оттуда там взяться Юпитеру! Ведь звезда на таком расстоянии от себя испаряет всю протопланететную пыль, и там просто ничего не может образоваться! Многие выдвинули предположение, что это — «дыхание» звезды, она сжимается и расширяется с периодом 4,2 дня. Против этого были выдвинуты свои доводы. Споры были жаркими и продолжались недолго. Появились новые открытия, перешедшие вскоре в разряд серийных. Разнообразие быстро росло, и вскоре пришла уверенность в том, что колебания лучевой скорости вызваны именно планетами... По словам того же Марси, когда видишь синусоиду — всегда остаются какие-то сомнения, может, действительно звезда дышит. Но когда они обнаружили асимметричную кривую, которая прекрасно подгонялась движением по сильно вытянутой кеплеровской орбите, все сомнения отпали.