Маркус Чаун - Гравитация. Последнее искушение Эйнштейна

Если девятая планета действительно существует, это делает нашу Солнечную систему похожей на ещё примерно 2000 планетарных систем, вращающихся вокруг других звёзд. Типичная планета в такой системе имеет массу от 1 до 17 земных. Если подобная Суперземля когда-то существовала, но затем была вытолкнута за пояс Койпера, это объясняет отличие Солнечной системы от её звёздных собратьев.

По иронии судьбы Браун сыграл важную роль в понижении Плутона до статуса карликовой планеты. В 2005 году он открыл Эрис, удалённое от Солнца ледяное небесное тело, примерно равное по размерам Плутону. Это открытие показало, что Плутон, который с 1930 года считался самой далёкой планетой Солнечной системы, — на самом деле не что иное, как крупнейший объект из множества в поясе Койпера. Возможно, предлагая новое небесное тело взамен Плутона, Браун пытается извиниться за то, что «уничтожил» целую планету.

Разумеется, может оказаться, что никакой девятой планеты на самом деле нет. Некоторые астрономы всё ещё скептически относятся к этому предположению. Как бы там ни было, закон всемирного тяготения Ньютона до сих пор помогает нам видеть невидимое.

На сегодняшний день нам известно несколько тысяч планет, вращающихся вокруг других звёзд. При этом лишь малую долю из них астрономы действительно видели. Существование большей части было рассчитано, исходя из их воздействия на свои солнца. Всё снова сводится к закону всемирного тяготения Ньютона. Солнце притягивает планету с той же силой, что и планета — солнце. Разумеется, звезда имеет существенно бо́льшую массу и сдвинуть с места её труднее. Тем не менее некоторое движение всё же происходит.

Строго говоря, планеты не вращаются вокруг неподвижного солнца. Это всего лишь одно из допущений, сделанных Ньютоном для более удобной системы расчётов. На самом деле и планета, и её солнце движутся вокруг их общего центра массы. Так как масса солнца куда больше, чем масса планеты, этот центр располагается ближе к центру звезды (обычно внутри неё). [93] Свет планеты — это отражение света звезды, вокруг которой она вращается, в то время как звезда сама генерирует свет благодаря ядерным реакциям в своём ядре. Для запуска таких реакций требуется температура в миллионы градусов, а для этого нужно, чтобы на ядро звезды воздействовала большая масса. Как помнит любой человек, пользовавшийся велосипедным насосом, если что-то сжать, оно нагревается. Порог, отделяющий планеты от звёзд, составляет примерно 0,08 массы Солнца или 80 масс Юпитера. Тела массой ниже этого порога являются планетами, а выше — звёздами. Пока планета перемещается вокруг него по большой орбите, солнце движется по крошечной.

Можно описать это движение и другим способом: находясь в одной части орбиты, планета тянет своё солнце на себя, а перейдя на другую половину орбиты, начинает тянуть в противоположном направлении. Из-за этого звезда подрагивает, и, используя высокочувствительные приборы, учёные на Земле могут засечь эти колебания. Вы наверняка заметили, что частота или тональность сирены повышаются, когда полицейская машина приближается к вам, и понижаются, когда она отдаляется. Точно так же и частота света, выделяемого звездой, повышается или понижается в зависимости от того, движется эта звезда в сторону Земли или от неё. Измерив величину допплеровского смещения для атомов самых распространённых элементов, например водорода, астрономы могут рассчитать скорость звезды при приближении или удалении от нашей планеты.

В тех случаях, когда на звезду действует гравитация планеты, максимальная скорость колебания составляет несколько метров в секунду для планет размером с Юпитер и всего десяток сантиметров в секунду для небесных тел, схожих по размерам с Землёй. Иными словами, шар раскалённого газа, зачастую имеющий в диаметре более миллиона километров, перемещается в нашем направлении со скоростью бегущего человека, а от нас — со скоростью черепахи. Это кажется невероятной технической задачей, но астрономы могут измерять такие скорости, используя высокочувствительные спектрографы. Именно так мы узнаём о существовании невидимых планет. [94] В спектрографе используется дифракционная решётка, которая разделяет звёздный свет на разные цвета спектра. Такую решётку можно создать, нанеся множество параллельных царапин на поверхность прозрачного материала, и работает она куда лучше стеклянной призмы. Атомы элементов во внешней атмосфере звёзд на определённых частотах оставляют тёмные полосы в дифракционном узоре. Измерение доплеровского смещения предполагает, насколько сильно такие полосы смещаются по сравнению с аналогичными полосами, созданными земными элементами. Только в середине 1990-х их было открыто более 2000, а прямо сейчас учёные занимаются поисками второй Земли. [95] Экзопланеты обнаруживают не только благодаря флуктуациям их звёзд. Если планета движется вокруг звезды таким образом, что периодически проходит по звёздному диску со стороны, видной с Земли, она может затемнять свет звезды в диапазоне от 1%, если она сравнима по массе с Юпитером, и до 0,01%, если она имеет земную массу. Телескоп «Кеплер», запущенный на орбиту Земли в 2009 году, исследовал излучение более чем 100 000 звёзд и обнаружил таким образом свыше 1000 экзопланет.