Заполняя пустоту

Еще каких-нибудь четверть века назад астрономы могли только предполагать, что во Вселенной есть другие планеты - оснований считать Солнечную систему уникальной у ученых не было, но не было и фактических доказательств наличия планет у других звезд. Первое свидетельство того, что в космосе есть больше одной звезды, обладающей планетами, было получено в 1988 году, а окончательно подтвердить гипотезу о существовании внесолнечных планет ученые смогли еще через 14 лет.

Столь медленный прогресс в области поиска и изучения экзопланет (так специалисты называют планеты за пределами Солнечной системы) объясняется просто - эти объекты практически не испускают излучения и обнаружить их на фоне чрезвычайно яркого блеска звезд очень сложно. Именно поэтому основные методы обнаружения внесолнечных планет - косвенные.

Например, специалисты анализируют периодические сдвиги спектра звезды то в коротковолновую, то в длинноволновую области – такие колебания указывают, что вокруг звезды обращается планета, гравитация которой "оттаскивает" за собой излучение. Или же ученые отслеживают колебания самого светила - достаточно массивная планета может вызывать заметные изменения в положении звезды. Еще один вариант - наблюдение за колебаниями яркости звезды, происходящими из-за того, что между ней и наблюдателем проходит планета. Последний метод получил название транзитного.

С течением времени телескопы становились все более "зоркими", и в 2008 году астрономам впервые удалось непосредственно сфотографировать несколько экзопланет. В начале января 2010 года группа исследователей опубликовала не менее впечатляющие данные - ученые смогли напрямую получить спектр экзопланеты, при помощи которого можно узнать состав планеты и ее атмосферы. Этот результат тем более ценен, что авторы работали с наземными телескопами (а именно с массивом телескопов VLT). Наблюдения при помощи таких телескопов заметно осложняются из-за наличия атмосферы, которая искажает получаемые изображения.

Но по-настоящему новая эпоха в деле поиска экзопланет началась седьмого марта 2009 года, когда в космос был запущен телескоп "Кеплер". Он следует за нашей планетой, постепенно удаляясь от нее, а орбита телескопа, работающего по транзитному методу, подобрана так, что ни Луна, ни Солнце не попадают в его поле зрения. То есть "Кеплер" непрерывно "смотрит" на один и тот же участок неба между созвездиями Лебедя и Лиры и фиксирует изменения яркости находящихся там звезд. В общей сложности телескоп наблюдает около 4,5 миллиона светил.

"Кеплер" оснащен чрезвычайно чувствительной оптикой, способной фиксировать даже самые незначительные изменения яркости звезд, вызываемые прохождением по их диску планет небольших размеров (расчеты показывают, что телескоп может находить даже спутники экзопланет). Размер внесолнечных планет имеет очень большое значение для астрономов - у жизни земного типа нет шансов зародиться на крупных и тяжелых экзопланетах с колоссальной гравитацией (впрочем, не все большие планеты тяжелы - но об этом чуть ниже). До вывода на орбиту "Кеплера" астрономы находили, в основном огромные планеты, размер которых в несколько раз превосходил размеры Юпитера, и некоторые специалисты полагали, что во Вселенной в основном распространены именно гиганты.

Телескоп приступил к "потоковому" поиску экзопланет в мае 2009 года. Начиная с этого момента в прессе периодически появлялись сообщения о новых обнаруженных "Кеплером" планетах (преимущественно газовых гигантах), но более или менее систематизированный отчет появился в июне 2010 года.

В документе были перечислены результаты работы телескопа, полученные в течение первых 43 дней на орбите. За это время "Кеплер" обнаружил 706 экзопланет, но к июню специалисты обработали информацию только о 306 из них. Публикация отчета сопровождалась скандалом - одновременно с появлением документа один из астрономов, занимающийся анализом собранных "Кеплером" данных, якобы сообщил об обнаружении 140 планет земного типа. Позже оказалось, что ученый сказал не совсем это (а точнее, совсем не это) - подробнее о произошедшем недоразумении можно прочитать здесь. Дату следующего отчета назначили на февраль 2011 года.

Много интересного

Третьего февраля итоги анализа очередной порции переданной "Кеплером" информации были опубликованы в авторитетном научном журнале Nature. Вместе с новыми данными общее число найденных телескопом планет возросло до 1235. Эти планеты обращаются вокруг 997 звезд, удаленных от Солнечной системы на расстояние от 500 световых лет до 3 тысяч световых лет.

Размер 68 обнаруженных планет сравним с размером Земли, а 288 относятся к классу так называемых Суперземель (то есть они больше нашей планеты, но существенно меньше газовых гигантов вроде Юпитера или Сатурна). Еще 662 планеты по диаметру сравнимы с Нептуном, 165 - с Юпитером, а 19 из найденных небесных тел больше самой крупной планеты Солнечной системы.

Около полусотни новых планет интересуют астрономов особо - 54 объекта располагаются в так называемой зоне обитаемости своих звезд. На планетах, располагающихся внутри зоны обитаемости, может присутствовать жидкая вода - необходимое условие для возникновения жизни земного типа. У разных типов звезд зона обитаемости находится на различном расстоянии - например, для более горячих, чем Солнце, светил она будет располагаться дальше, чем зона обитаемости нашей звезды. Из всех найденных телескопом планет в зоне обитаемости только пять по размеру сравнимы с Землей. Масса остальных находится в промежутке от двух масс Земли до юпитерианской массы и более. Но ставить крест на этих "здоровяках" пока рано - луны крупных планет из зоны обитаемости вполне могут оказаться пригодными для живых существ.

Еще одна интересная находка "Кеплера" - это планетная система похожей на Солнце звезды Kepler-11, удаленной от Земли на 2 тысячи световых лет. Вокруг этого светила возрастом восемь миллиардов лет обращаются сразу шесть планет - это самая большая из известных планетных систем, не считая Солнечной системы. Еще более исключительной систему Kepler-11 делает то, что все шесть планет расположены в одной плоскости. Вероятность найти такую систему, по оценкам некоторых астрономов, составляет 1 к 10 тысячам.

Орбиты пяти планет умещаются внутри орбиты Меркурия - они совершают один оборот вокруг Kepler-11 за период от 10 до 47 дней. Расстояние от звезды до шестой планеты вдвое меньше, чем дистанция от Земли до Солнца. По размеру все планеты в системе Kepler-11 обгоняют Землю - самая большая из них сравнима с Нептуном. При этом масса этих небесных тел относительно невелика для их диаметра. По плотности внешние планеты звезды Kepler-11 можно сравнить с зефиром (имеется в виду мягкий тянущийся зефир, который в английском языке называется marshmallow) - они окружены очень плотной атмосферой из водорода и гелия, которая составляет до 20 процентов массы этих небесных тел. Атмосфера двух внутренних планет заметно тоньше.

Помимо системы Kepler-11 телескоп обнаружил еще одну систему из пяти планет, восемь - из четырех и более сотни систем, состоящих из двух и трех планет. Изучение многопланетных систем позволит ученым прояснить многие вопросы относительно формирования Солнечной системы. Кроме того, факт обнаружения "Кеплером" множества систем, состоящих более чем из одной планеты, указывает, что подобные системы весьма распространены во Вселенной.

Новые результаты, полученные телескопом, также подтверждают, что не являются редкостью и небольшие планеты, некоторые из которых могут оказаться вполне комфортными для живых существ. Более того, не исключено, что после завершения миссии "Кеплера" (планируется, что телескоп проработает 3,5 года) этот вывод можно будет делать еще более уверенно. Пока телескоп достоверно обнаруживает только те планеты, которые обращаются недалеко от своих звезд - за относительно небольшой промежуток времени они успевают сделать несколько оборотов вокруг светила и "подтвердить" свое существование. Через пару-тройку лет "Кеплер" сможет несколько раз "засечь" небольшие планеты, находящиеся на орбитах, сравнимых с орбитой Земли. И уже эти небесные тела станут объектом интенсивного поиска признаков жизни.