Ричард Докинз - Человек в космосе. Отодвигая границы неизвестного [сборник litres]

При этом существует четкая корреляция с металличностью звезды. Звезды с самой высокой (в три раза больше солнечной) концентрацией тяжелых химиче-ских элементов в атмосфере с вероятностью 25 % имеют в своей планетной системе газового гиганта. Тогда как у звезд, концентрация тяжелых элементов в которых не превышает трети солнечной концентрации, эта вероятность снижается до 5 %.

Разработка спектрографов повышенной стабильности и чувствительности позволила обнаружить планеты с гораздо меньшими массами. Например, спектрограф HARPS , установленный в обсерватории Ла-Силла в Чили, продемонстрировал способность измерять радиальные скорости звезд с точностью лучше 50 сантиметров в секунду. Теперь мы можем обнаружить колебания звезды со скоростью, сопоставимой со скоростью пешехода! Прямым следствием такого технического прогресса стала способность обнаруживать планеты с массами, сопоставимыми с массами Нептуна или даже меньше, и определять статистические свойства популяции таких планет.

Поиск экзопланет, проведенный в обсерватории Ла-Силла с помощью спектрографа HARPS , привел к открытию внушительной популяции небольших систем, состоящих из планет с малой массой. Характеристики этого класса планет удивительны. Около 50 % звезд солнечного типа удерживают вокруг себя системы с планетами малой массы (менее 30 масс Земли) на близких орбитах (перио-ды короче 50 дней). Для сравнения, период орбиты Меркурия составляет 88 дней. Более 70 % этих систем содержат по несколько планет, в том числе планеты с массой, сравнимой с массой Нептуна, и планеты с массами в диапазоне от 1 до 10 масс Земли (их называют суперземлями). Как ни странно, эти чрезвычайно распространенные суперземли не представлены в нашей Солнечной системе и потому составляют новый для нас тип.

Я назову несколько таких загадочных систем. HD 69830, обнаруженная в 2006 году, была первой системой, состоящей из трех планет с «нептуноподобной» массой. HD 40307, об открытии которой было объявлено в 2009 году, стала первой известной системой с тремя суперземлями. На сегодняшний день несколько планет с массами, не более чем в два раза превышающими массу Земли, были обнаружены в рамках проекта HARPS . В 2011 году мы обнаружили HD 10180 – систему с семью планетами, большинство из которых – суперземли или «нептуноподобные» планеты.

А сейчас я хотел бы рассказать о том, какой огромный вклад в изучение экзопланет был сделан благодаря транзитной фотометрии (явление, при котором одно небесное тело проходит, с точки зрения наблюдателя, на фоне другого). Тут мы уже можем упомянуть потрясающую орбитальную обсерваторию «Кеплер», позволившую нам подтвердить существование большого количества легких планет с короткими орбитами.

Среди этих планет с короткими орбитами вероятность транзита на фоне родительской звезды достаточно велика (несколько процентов), чтобы обеспечить открытие новых планет «просто» путем поиска периодического затемнения такой звезды. Если планета, похожая на Юпитер, проходит перед звездой солнечного типа, мы можем наблюдать периодическое снижение яркости звезды примерно на 1 %. Если похожая на Землю планета проходит перед такой же звездой, снижение яркости составит всего 0,01 %. Мы проводим систематический поиск таких затмений с помощью наземных телескопов, а также с помощью двух специальных космических обсерваторий ( CoRoT и «Кеплер»).

Важным событием в астрономическом сообществе стала первая регистрация транзита экзопланеты. В 1999 году две команды независимо друг от друга обнаружили экзопланету с типичной для планеты-гиганта массой. Планета обращалась вокруг звезды солнечного типа HD 209458. Обнаруженная с помощью доплеров-ской техники планета (орбитальный период – 3,5 дня) была хорошим кандидатом для наблюдения ее прохождения перед звездой. Используя эфемериды, полученные с помощью измерений радиальной скорости, можно было предсказать время этого прохождения при некоторых предположениях об ориентации ее орбиты относительно луча зрения.

Точно в предсказанное время, ночью 9 сентября 1999 года, яркость звезды HD 209458 упала чуть больше, чем на 1 %. Тот же эффект наблюдался через неделю (через два орбитальных периода). Снижение яркости звезды было, очевидно, пропорционально размеру планеты. Зная массу планеты по данным спектрометрии и ее диаметр из наблюдений за транзитом, мы смогли высчитать ее плотность. Она составила 0,3 грамма на кубический сантиметр – так астрономы подтвердили, что наблюдаемый объект – газовый гигант [14]. Для самых упорных скептиков это стало решающим доказательством того, что эти странные «горячие Юпитеры» – действительно планеты.

После этого первого обнаружения несколько других планет со схожей массой и радиусом были исследованы с помощью обсерваторий. Однако атмосфера Земли препятствует систематическому поиску очень малых (с массой Нептуна или Земли) транзитных планет. Чтобы их обнаружить, мы должны отправиться в космос. Первая космиче-ская обсерватория, предназначенная для изучения колебаний звезд, а также планетных транзитов, была построена и запущена французским Национальным центром космических исследований ( CNES ). Один из результатов этой миссии – открытие транзитной планеты CoRoT -7 b . С периодом всего 0,86 дня, радиусом всего 1,7 радиуса Земли и массой в пять раз больше земной эта планета стала первой суперземлей, плотность которой мы смогли оценить. В пределах погрешности измерений такая плотность типична для скалистой планеты земного типа. Однако близость CoRoT -7 b к звезде означает, что ее поверхность покрыта расплавленными силикатами, по крайней мере, на полушарии, обращенном к звезде (вращение планеты, скорее всего, синхронизировано с периодом ее обращения).

Когда планета проходит перед своей звездой, излучение небольшой части звездного диска блокируется. По мере вращения звезды транзитная планета вызывает небольшую аномалию наблюдаемой скорости этого вращения. Детальный анализ этой аномалии (так называемого эффекта Росситера – Маклафлина) позволяет нам оценить угол между плоскостью орбиты и экваториальной плоскостью звезды. Орбитальная миграция планеты-гиганта из-за ее гравитационного взаимодействия с аккреционным диском на этапе формирования планет должна, скорее всего, сохранить компланарность между двумя вышеупомянутыми плоскостями. Сначала анализ нескольких аномалий Росситера-Маклафлина подтвердил это ожидание. Но совсем недавно астрономы обнаружили несколько планет, орбитальные плоскости которых значительно наклонены относительно экваториальной плоскости звезды. Хуже всего то, что на «неправильных» орбитах было найдено даже несколько планет, вращающихся в направлении, противоположном вращению их звезд!