Еще один популярный метод связан с фиксацией радиальной скорости — это доплеровский метод. Астрономы высматривают звезды, которые как бы регулярно движутся вперед и назад. Если у звезды имеется большая планета размером с Юпитер, то на самом деле звезда и планета обращаются друг вокруг друга. Представьте себе вращающуюся гантель: две массы, представляющие центральную звезду и ее «Юпитер», обращаются вокруг общего центра.
Планета размером с Юпитер невидима с большого расстояния, но ее наличие можно с математической точностью определить по отклонениям в движении ее звезды. Доплеровский метод позволяет вычислить скорость этого движения. К примеру, если желтая звезда движется по направлению к нам, световые волны сжимаются, как меха аккордеона, и желтый свет становится слегка голубоватым. Если она движется от нас, свет растягивается и слегка краснеет. Скорость звезды можно определить по тому, насколько меняется частота света при движении звезды вперед и назад по отношению к детектору. Аналогичный процесс происходит, когда полиция направляет на вашу машину радар: изменения в отраженном излучении позволяют судить о том, с какой скоростью вы едете.
Кроме того, тщательное наблюдение за центральной звездой на протяжении нескольких недель или даже месяцев позволяет ученым оценить массу планеты при помощи закона всемирного тяготения Ньютона. Доплеровский метод утомителен, но именно он в 1992 г. позволил обнаружить первую экзопланету (и вызвал энтузиазм у устремившихся на поиски астрономов). Проще всего было отыскивать планеты размером с Юпитер, поскольку самые крупные объекты соответствуют максимальной амплитуде движения центральной звезды.
Метод транзитов и доплеровский метод — основные способы обнаружения внесолнечных планет, но в последнее время было предложено еще несколько методов. Один из этих методов — непосредственные наблюдения, которые, как уже упоминалось, осуществить очень непросто. Однако профессор Сигер с энтузиазмом отозвалась о планах НАСА по разработке космических зондов, способных тщательно и точно заслонить свет центральной звезды, который, собственно, и не позволяет визуально обнаружить планету.
Еще одним перспективным альтернативным методом поиска экзопланет может стать метод гравитационного линзирования, хотя работает он только в тех случаях, когда Земля, экзопланета и ее центральная звезда располагаются строго на одной линии. Из теории гравитации Эйнштейна мы знаем, что свет, проходя мимо небесного тела, может искривляться, поскольку большая масса обладает способностью изменять ткань пространства-времени вокруг себя. Даже если объект для нас невидим, он, как прозрачное стекло, изменяет траекторию света. Если планета пройдет непосредственно перед далекой звездой, свет звезды исказится и образует кольцо. Такой рисунок света называется кольцом Эйнштейна и свидетельствует о присутствии значительной массы между наблюдателем и звездой.
Результаты работы космического телескопа «Кеплер»
Серьезным прорывом в поиске внесолнечных планет транзитным методом стал запуск в 2009 г. космического телескопа «Кеплер»
[49]. О таком успехе астрономическое сообщество не могло и мечтать. Наряду с другим космическим телескопом «Хаббл» телескоп «Кеплер» стал, вероятно, самым успешным устройством сбора информации в истории космических полетов. Это чудо инженерной мысли весит около 1050 кг, оборудовано массивным зеркалом диаметром около 140 см и целым набором новейших высокотехнологичных датчиков. Эффективнее всего телескоп собирает данные, если подолгу направлен на одну и ту же точку в пространстве, поэтому летает он не по околоземной, а по околосолнечной орбите. Заняв в глубоком космосе рабочую позицию, которая может отстоять от Земли на 100 млн км, «Кеплер» при помощи набора гироскопов должен был быть постоянно наведен на 1/400 часть небесной сферы — небольшой участок в направлении созвездий Лебедя, Лиры и Дракона. На этом крохотном участке неба «Кеплер» проанализировал около 200 000 звезд, открыв тысячи внесолнечных планет. Полученные им данные заставили ученых пересмотреть наше положение во Вселенной.
Вместо других солнечных систем, похожих на нашу, астрономы увидели нечто совершенно неожиданное: планеты самых разных размеров, обращающиеся вокруг звезд на самых разных расстояниях. «Там есть планеты, аналогов которым в нашей Солнечной системе нет, некоторые из них по размеру попадают в промежуток между Землей и Нептуном, другие много меньше Меркурия, — говорит профессор Сара Сигер. — Но нам до сих пор не удалось обнаружить ни одной копии нашей Солнечной системы». В самом деле, получено так много странных результатов, что у астрономов не хватает теорий для их объяснения. «Чем больше данных мы получаем, тем меньше понимаем, — признается Сигер. — Полная путаница»
[50].
Мы не в состоянии объяснить «поведение» даже самых часто встречающихся экзопланет. К примеру, многие газовые гиганты размером с Юпитер движутся, вопреки ожиданиям, не по круговым, а по сильно вытянутым эллиптическим орбитам.
Некоторые экзопланеты размером с Юпитер все же обращаются по круговым орбитам, но при этом располагаются так близко к центральной звезде, что в нашей Солнечной системе они оказались бы внутри орбиты Меркурия. Эти газовые гиганты называют «горячими юпитерами», звездный ветер постоянно сдувает с них атмосферу в открытый космос. Прежде астрономы считали, что планеты типа Юпитера сформировались в глубоком космосе, за миллиарды километров от центральной звезды. Если так и было, каким образом они подобрались так близко к ней?
Профессор Сигер признает, что ученые не знают этого наверняка. Но наиболее вероятный ответ стал для всех неожиданностью. По одной из теорий, все газовые гиганты формируются во внешних областях звездной системы, где много льда, способного собирать водород, гелий и пыль. Но в некоторых случаях в центральной части плоскости звездной системы также много пыли. Газовый гигант может постепенно терять энергию от трения при движении сквозь пылевое облако и двигаться по сходящейся спирали к центральной звезде.
Это объяснение вводит прежде неслыханную еретическую идею о странствующих планетах. Подбираясь потихоньку к своему солнцу, они могут пересечь орбиту какой-нибудь небольшой землеподобной планеты, выбросив ее в открытый космос. Так маленькая каменная планета может стать планетой-странницей, дрейфующей в одиночестве в открытом космосе и не привязанной ни к одной звезде. Поэтому мы не ожидаем увидеть землеподобные планеты в солнечных системах с газовыми гигантами на сильно эллиптических или близких к светилу орбитах.
