Читать книгу "Вселенная на ладони - Колин Стюарт"

Метод радиальной скорости

Не все экзопланеты заявляют о себе с помощью своего транзита. Если планета не пересекает прямую линию, проходящую между нами и ее звездой, мы не сможем увидеть никаких изменений в ее яркости. Представьте, что вы смотрите сверху вниз на северный полюс Солнца – ни один из транзитов ее восьми подтвержденных планет не был бы виден с этой точки обзора.

Между тем и планеты оказывают влияние на звезды… Мы привыкли думать, что гравитация Солнца оказывает влияние на планеты, однако и планеты также притягивают к себе свои звезды. Притяжение Юпитера и Сатурна, в частности, приводит к некоторым колебаниям Солнца. Эти колебания вызывают изменения в свете, идущем к нам от звезд, и это явление получило название эффекта Доплера.

Эффект Доплера в случае со светом – это то, с чем мы хорошо знакомы. Когда машина скорой помощи спешит к нам, мы слышим, что ее сирена звучит на одной высоте, но когда она проносится мимо нас, ее звук совершенно отчетливо меняется. Происходит это потому, что, когда машина скорой помощи приближается к нам, звуковые волны ее сирены сжимаются, а затем, когда скорая помощь удаляется, эти волны растягиваются. Свет как волна ведет себя так же, за исключением того, что в этом случае меняется не высота звука, а цвет. Источники света, удаляющиеся от нас, кажутся более красными (красное смещение), а те, что приближаются к нам, становятся более синими (фиолетовое смещение).

ГРАВИТАЦИОННОЕ МИКРОЛИНЗИРОВАНИЕ

Согласно общей теории относительности Эйнштейна, массивные объекты отклоняют свет вблизи себя. Именно эту закономерность подтвердил Эддингтон своими фотографиями затмения 1919 года. Когда массивное небесное тело проходит перед звездой, оно увеличивает свет далекой звезды, словно линза. Это явление получило название гравитационного микролинзирования. В случае если объект на переднем плане (линза) является единственным, подобно звезде, такое увеличение будет носить симметричный характер. Объект на заднем плане становится ярче за несколько недель и за то же самое время меркнет, уходя во мрак. Но если звезду сопровождает планета, то мы временами станем получать взрывной рост в увеличении, так как сама планета будет вносить в него собственный, пусть и незначительный, вклад. Все это создает впечатление того, что у главной линзы есть какие-то несовершенства.

Гравитационное микролинзирование полезнее при поисках планет, находящихся достаточно далеко от своих звезд. Этот метод дополняет другие – метод радиальной скорости и транзитный метод, которые полезны в случае расположенных близко к звезде планет, когда такая близость приводит к заметным колебаниям или большим отклонениям в яркости их звезд.

Вот как это работает на практике. Астрономы сначала расщепляют свет звезд при помощи спектрометра, для того чтобы увидеть черные, напоминающие штрихкод абсорбционные линии, которые помогают им определить возраст звезды. Представим себе, что экзопланета заставляет свою звезду периодически перемещаться, колеблясь, по направлению к нам, а затем обратно от нас, циклически повторяя такие перемещения. Абсорбционные линии звезды будут также постоянно смещаться вперед и назад, сначала в направлении синего конца светового спектра, а затем в сторону красного.

Такой метод, называемый методом радиальной скорости, сегодня достиг такого уровня чувствительности, что с его помощью можно зафиксировать изменения в скорости звезды, равные даже одному метру в секунду. Задумайтесь об этом хоть на миг. С расстояния в сотни триллионов километров мы можем заметить и установить изменения в скорости движения звезды, эквивалентные скорости обычного пешехода.

Величины радиальной скорости позволяют нам узнать, насколько массивна планета. Чем она тяжелее, тем больше колебания звезды и тем с большей амплитудой отклоняются вперед и назад черные линии в спектре света.

Что мы имеем на сегодня?

Вы открываете шторы на своих окнах как раз вовремя, чтобы понаблюдать за вторым восходом дня. Когда вы выходите на улицу и идете по равнине, за вами следуют не одна, а две тени. К концу дня одно солнце преследует другое, которое находится уже за горизонтом. Эта необычная картина дня – именно то, что могли бы испытывать обитатели планеты Кеплер-16b.

Открытая в 2011 году, эта планета была первым неоспоримым примером планеты, вращающейся вокруг двойной звезды, точнее двух звезд. Помимо двух закатов, двух восходов и двух теней, ваши два солнца затмевали бы друг друга каждые три недели. Это было бы настоящее представление.

Кеплер-16b является лишь одной из тысяч экзопланет, обнаруженных вблизи звезд, начиная с первой, открытой в 1995 году. Первоначально мы полагали, что можем найти множество подобий нашей собственной Солнечной системы, однако в реальности были вынуждены иметь дело с перспективой, заключающейся в том, что места обитания, подобные нашим, могут встречаться очень редко.

Некоторые из первых открытых экзопланет были так называемыми горячими Юпитерами – массивными планетами, которые совершали оборот вокруг своих звезд за считаные часы и температуры которых были настолько высоки, что могли расплавить породу. На других планетах температуры колебались в невообразимых пределах из-за их в высшей степени растянутых эллиптических орбит. На HD 80606b температура всего за шесть часов скачет от 800 К до 1500 К в момент ее максимального приближения к звезде. В системе Кеплер-11 имеется шесть планет, пять из которых вращаются вокруг своей звезды на расстоянии ближе, чем от Меркурия до Солнца. Есть вероятность, что поверхность планеты 55 Рака е даже покрыта алмазами, образовавшимися в ее горячих, сверхплотных внутренних слоях.

Однако, несомненно, космическими объектами, привлекающими к себе все наше внимание, являются именно экзопланеты, потенциально больше всего похожие на нашу собственную планету. В 2014 году астрономы обнаружили Кеплер-186f – первую планету, по размеру схожую с Землей, открытую в обитаемой области своей звезды. За ней через год последовал Кеплер-425b. В 2017 году астрономы объявили о семи экзопланетах размером с Землю вокруг звезды TRAPPIST-1, три из которых находятся в ее обитаемой зоне. Потенциально обитаемая планета существует даже вблизи Проксима Центавра, ближайшей к нам после Солнца звезды.

Между тем, понятие «потенциально «обитаемая» содержит в себе небольшую ложку дегтя. Все, что говорят астрономы, в действительности означает, что «если» состав атмосферы на этой экзопланете сходен с составом земной атмосферы, тогда температуры на ней, возможно, позволяют поддерживать жидкое состояние воды. Они отнюдь не дают гарантии того, что планета действительно обитаема, или даже того, что на ней есть вода. Поэтому их следующая задача – установить состав атмосферы экзопланет и найти свидетельства наличия на них воды.

СУПЕРЗЕМЛЯ

В нашей Солнечной системе имеются малые скалистые и гигантские газовые планеты. Здесь нет планет промежуточного размера (за исключением, возможно, планеты № 9). Одной из самых больших неожиданностей изучения экзопланет стало открытие нового класса планет – суперземли.