Район неба вблизи созвездия Лебедя, выбранный как поле для изучения в проекте «Кеплер». Источник: NASA
Космический телескоп «Кеплер» предназначен для сбора общей информации об экзопланетах в целом. Ученые с его помощью находят отдельные планеты, но и учитывают количество и разновидности экзопланет, обнаруженных в определенном районе, чтобы экстраполировать эту информацию на всю Галактику. Это похоже на то, как работают опросы общественного мнения, когда небольшое количество опрошенных людей служат представителями взглядов гораздо более многочисленного слоя общества.
Обнаруженные «Кеплером» кандидаты в экзопланеты проходят дополнительную проверку: астрономам требуется убедиться, что они действительно нашли планету, а не какой-то другой тип объекта, например маленькую звезду, которая может оказаться похожей на планету. Источник: NASA, Научно-исследовательский центр имени Эймса / В. Штенцель
– «Кеплер» – это статистический проект, – объясняет Натали Баталья. – Мы проводим обзор планет в отдельно взятой области неба за один проход, чтобы понять «планетную демографическую картину» для всей Галактики и определить, какая часть из всех звезд обладает планетами.
К моменту написания этой книги «Кеплер» нашел 2325 подтвержденных планет и вдобавок к ним 3412 кандидатов, то есть возможных планет, которые еще требуют дополнительного подтверждения (как в вышеприведенном примере с блохой). До начала работы аппарата «Кеплер» было известно менее 300 экзопланет.
В апреле 2014 года работающие на проекте «Кеплер» ученые объявили об открытии первой планеты, похожей на Землю по размеру, обращающейся вокруг своей звезды в обитаемой зоне. После этого были найдены и подтверждены другие такие же, подобные священному Граалю, землеподобные планеты, что позволило команде ученых «Кеплера» утверждать: в Галактике имеются миллиарды планет в «зоне Златовласки».
Зачем мы занимаемся поиском планет в такой дали?
Баталья говорит, что все эти планеты – не просто «коллекция марок» – так астрономы иногда называют какую-нибудь научную информацию, от которой нет никакой пользы.
– «Кеплер» создавался для того, чтобы дать ответ на один-единственный вопрос: какая доля звезд обладает потенциально обитаемыми планетами с размером, близким к размеру Земли? – говорит она. – Нам нужен ответ на этот вопрос, чтобы мы могли и дальше искать свидетельства существования внеземной жизни. «Кеплер» – это шаг к более значительной цели.
Но путь этого аппарата в космос был тернист.
Первые шаги в охоте на планеты
Когда радиостанции начали вести широковещательные передачи в 1920-х годах, ученые быстро поняли, что радиоволны уносят наши радиотрансляции (а впоследствии и телетрансляции) в космос на скорости света, и не исключено, что эти передачи достигают далеких глубин Галактики. Также им пришло в голову, что может быть верным и обратное: если бы иная цивилизация из удаленного от нас мира тоже производила радиопередачи, возможно, мы могли бы услышать их?
В 1959 году астроном Фрэнк Дрейк выдвинул идею, которая, в конечном счете, легла в основу проекта SETI
[43] по активному поиску радиопередач инопланетян. На данный момент поиск не принес никаких результатов, и проект продолжается по остаточному принципу. Однако астрономы поняли, что по мере того, как наша электроника переходит с аналогового принципа действия на цифровой, и в особенности это касается телевидения, техногенное радиоизлучение Земли падает и, возможно, через короткое время пропадет совсем. Но то же самое может быть верно и для инопланетных цивилизаций.
Концепция поиска конкретных планет в Галактике оказалась сложнее на практике, чем простое ожидание прихода сигнала из далеких миров, потому что планеты очень далеки, малы и не испускают свет сами. В 1960-х годах астрономы выдвинули идею о том, как искать планеты по тому воздействию, которое они оказывают на свою звезду. Даже самые маленькие планеты воздействуют на звезду силой тяготения, и благодаря этому точные измерения могут определить наличие планеты одним из нескольких различных способов.
Астрометрия занимается точным измерением положения звезд по отношению к окружающим их другим звездам; если звезда «колышется», то амплитуда ее движений может дать информацию о массе и параметрах орбиты планеты.
Замеры лучевой скорости могут выявить крошечные изменения в скорости звезды по отношению к Земле, вызываемые тем, что звезда вместе с планетой движутся вокруг своего общего центра масс – это становится понятно, если замерить сдвиг линий спектра звездного света (называемый доплеровским сдвигом) в моменты, когда звезда ускоряется, двигаясь от наблюдателя или к нему.
Транзиты – измерения того, насколько меняется для наблюдателя яркость свечения звезды в те моменты, когда планета проходит перед ней. Они дают наибольшее количество информации о планете, включая ее геометрический размер и период обращения (время, за которое она совершает один виток по своей орбите). Если в системе есть несколько планет, детали динамики взаимодействия этих объектов могут дать возможность рассчитать их массы.
Для любого из этих методов справедливо, что чем крупнее планета и чем она ближе к своей звезде, тем большее смещение положения звезды, сдвиг линий спектра или спад яркости при транзите она вызывает. Поскольку самые крупные и ближе всего расположенные к звездам планеты проще всего отыскать, не удивительно, что многие из открытых в первую очередь планет имеют размеры с Юпитер и обращаются предельно близко к своим звездам.
Так художник представил возможный вид планетной системы пульсара, которую открыл Александр Вольщан в 1992 году при помощи радиотелескопа Аресибо в Пуэрто-Рико. Он обнаружил, что вокруг пульсара под обозначением PSR B1257+12 обращаются три планеты. Это стало самым первым достоверным открытием планет какого-либо типа за пределами Солнечной системы. Источник: NASA / лаборатория реактивного движения Калифорнийского технологического института
Первое подтверждение существования экзопланет состоялось в 1992–1994 годах с использованием гигантских наземных телескопов. Астрономы получили доказательства наличия трех планет, орбиты которых пролегают вокруг пульсара, сверхплотного, быстро вращающегося остатка от взрыва сверхновой звезды. Затем, в 1995 году, была открыта первая планета на орбите звезды, напоминающей Солнце, – это гигантская планета размером в половину Юпитера, которая мчится вокруг своей звезды с бешеной скоростью, совершая один полный оборот за четыре дня. После этого начали появляться новые открытия, и к 2000 году количество известных экзопланет превысило 50.
