Эрик Асфог - Когда у Земли было две Луны. Планеты-каннибалы, ледяные гиганты, грязевые кометы и другие светила ночного неба

Сегодня мы считаем, что образование планет вокруг звезд солнечного типа завершается за период от нескольких миллионов лет до нескольких сотен миллионов лет [95]. Этот процесс достаточно распространен, но проходит за относительно короткое время, так что вам должно очень повезти, чтобы вы могли его увидеть где-то по соседству. Это сумрачная эпоха в жизни планетной системы, когда тьму разрывают только вспышки от столкновений растущих планет. Все окутано поглощающей свет пылью, через которую пробивается совсем немного сигналов, заметных наблюдателю с Земли.

В отличие от ярких галактических дисков, протопланетные диски состоят из газа, льда и пыли, а потому не излучают света. Однако они нагреваются излучением своей звезды, и потенциально их температура может быть очень высокой – это зависит от расстояния и светопоглощающей способности загораживающих звезду пыли и газа. Протопланетные диски по форме обычно напоминают пончик, и их внутренняя, обращенная к звезде поверхность прогревается до температуры в сотни градусов, испуская инфракрасные лучи (также известные как «тепловое излучение»). Хотя такая звезда может выглядеть как любая другая мигающая точка света, вооружившись инфракрасным спектрометром, вы сможете увидеть то, чего не может различить ваш глаз: это тепло в десятках световых лет от вас.

Стеклянная призма доказывает, что солнечный свет состоит из разных цветов. Хотя Ньютон считал, что цветов семь и они смешиваются в различных соотношениях (вполне аргументированная позиция), в действительности цветов бесконечное множество; сплошной их набор, который называют непрерывным излучением , связан с определенной температурой, которая для нашей звезды составляет примерно 5500 ℃. Спектр – это график, где слева – фиолетовый цвет, а справа – красный. На нем вы можете отметить относительную степень интенсивности каждого цвета. Спектр такой звезды, как Солнце, представляет собой колоколообразную кривую, где в центре находится желтый цвет, а по бокам – меньшее количество красных, зеленых и синих волн. У звезд с протопланетными дисками есть вторая, меньшая колоколообразная кривая, которая достигает пика в инфракрасном диапазоне, который мы видеть не можем, но который фиксирует детектор телескопа. Это отдельная полоса непрерывного излучения, которая соответствует чему-то с температурой в сотни градусов. Такой спектр говорит о наличии двух источников энергии: самой звезды с температурой в тысячи градусов и чего-то теплого и обширного вокруг нее – окружающего ее пылевого диска, который подогревается излучением звезды, мощными столкновениями и распадом радиоактивных элементов.

Наблюдать звезды в инфракрасном диапазоне непросто. Трудность состоит в том, что мы живем внутри атмосферного покрывала Земли, нас затопляет его тепловая энергия и мы должны смотреть через эту пелену. Тогда как основные составляющие атмосферы азот (N 2) и кислород (O 2) по большей части прозрачны для инфракрасного излучения, вода (H 2O) эффективно поглощает такие лучи, как и углекислый газ (CO 2), и метан (CH 4). Более того, земля вокруг телескопа теплая; теплым остается и купол, и сам астроном, и воздух; все это сияет инфракрасным излучением (именно за счет этого работают камеры ночного видения). Сам детектор нужно охладить до температуры жидкого азота, чтобы он стал достаточно темным в инфракрасном диапазоне и смог зафиксировать хоть что-то. Из-за всех этих сложностей, а также из-за того, что надежные инфракрасные астрономические приборы не существовали почти до самого конца прошлого века, мы четко и однозначно обнаружили теплые диски вокруг звезд только в 1980-х гг. [96]Это дало основания для осторожного оптимизма, что вскоре будут открыты системы экзопланет.

Высотные обсерватории, такие как Комплекс инфракрасного телескопа NASA (Infrared Telescope Facility, IRTF) на вершине вулкана Мауна-Кеа на Гавайях, позволяют нам выглядывать наружу через атмосферные окна в непрерывном излучении – длины волн, где вода и углекислый газ в какой-то мере прозрачны для инфракрасных лучей. Конечно, лучше всего заниматься инфракрасными наблюдениями в космосе, высоко над теплой, поглощающей излучение атмосферой и подальше от крупных излучающих объектов. Для этого был создан космический телескоп «Джеймс Уэбб» стоимостью 10 млрд долларов, который будет запущен в космос в 2021 г. Это инфракрасный телескоп со складываемым зеркалом диаметром 6,5 м, имеющий чувствительность от видимой области спектра до волн длиной 28,5 микрометра. Чтобы выполнять свою работу, телескоп должен выйти на орбиту в 1,5 млн километров от сияющей теплом Земли.