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

С теми же затратами можно было построить на Земле телескоп видимого диапазона с зеркалом в пять раз больше, использующий современные технологии адаптивной оптики, чтобы все изображение получалось в фокусе. Разрешение было бы в пять раз лучше, чувствительность в сто раз выше, комплекс было бы куда легче обслуживать, а данные передавались бы по проводам. Но в таком случае все равно не удалось бы увидеть формирующиеся планеты, потому что они заметны только в инфракрасном свете. Отдельные полосы поглощения в инфракрасном диапазоне также расскажут о химии образующейся планеты, то есть, заглядывая вперед, о том, каким будет состав ее почвы и атмосферы. Та же самая чувствительность к поглощению молекулами воды и углекислого газа в земной атмосфере, которая делает инфракрасные наблюдения такими сложными, делает их и очень ценными.

Первоначально заветной мечтой исследователей молодых звезд было сфотографировать планету, находящуюся на стадии формирования. Теперь это уже сделано для нескольких соседних планет, массивных горячих тел в глубине комковатого диска. Большой атакамский миллиметровый комплекс (Atacama Large Millimeter Array, ALMA) состоит из десятков отдельных телескопов с зеркалами диаметром от семи до двенадцати метров (размером с бассейн на заднем дворе). Эти телескопы установлены на мобильных платформах и занимают несколько квадратных километров на пустынном высокогорье в северном Чили [97]. На снимках ALMA отчетливо видны вложенные одно в другое кольца вокруг звезд, щели в дисках и другие структуры, которые указывают на присутствие обращающихся вокруг звезды массивных планет, разгоняющих газ и пыль по отдельным полосам. Аналогичный снимок землеподобной планеты – дело отдаленного будущего. Возможно, для этого потребуется еще несколько десятков лет и целая флотилия космических телескопов, расположенных на обширном участке космоса в виде напоминающей ALMA формации с большими расстояниями между устройствами .

Доказательства существования экзопланет появились еще в 1990-е и в основном базируются на двух популярных методах. Первый – обнаружение трудноуловимого гравитационного влияния, которое массивная планета оказывает на свою звезду. Любой из очень распространенных «горячих Юпитеров» – небесных тел, равных по массе Юпитеру, но обращающихся по орбите ниже Меркурия, – заставляет свою звезду совершать небольшие круговые движения с частотой в несколько недель или месяцев. Когда звезда обращается вокруг такого «барицентра», она в течение полугода приближается к наблюдателю, а в следующие полгода удаляется (имеется в виду, разумеется, планетный год). В ее излучении появляется небольшое периодическое красное/синее смещение, напоминающее красное смещение галактик, только намного, намного, намного слабее. Иначе говоря, эти вихляния звезды становятся причиной небольшого доплеровского сдвига спектральных линий, который могут зафиксировать только наиболее чувствительные методы измерения [98]. Это дает нам лучевую скорость звезды , потому что мы замеряем скорость ее движения либо к нам, либо от нас и вычитаем из этого значения скорость орбитального движения Земли вокруг Солнца в момент наблюдения.

Другой метод описать проще: это поиск прохождений (или транзитов), когда планета оказывается перед звездой, делая ее свет более тусклым. Первоначально было трудно доказать, что такие колебания яркости указывают на существование экзопланет, поскольку звездные пятна иногда выглядят почти так же, но теперь наблюдения прохождений обеспечивают основной массив данных для открытия и исследования экзопланет. Астрономия звездных транзитов пережила расцвет в 2010-е гг., во время работы космического телескопа «Кеплер», на протяжении более пяти лет использовавшего 95-мегапиксельную камеру для постоянного наблюдения за 150 000 звезд. Фиксируя моменты, когда их свет тускнел и снова разгорался, «Кеплер» обнаружил многие тысячи затмевающих свои светила планет.

Двадцать изображений протопланетных дисков, полученных Большим атакамским миллиметровым комплексом.

ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), S. Andrews et al.; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello

Когда я учился в магистратуре в 1980-е гг., я в основном занимался теорией, но помню, как астрономы целыми ночами пропадали у телескопов в близлежащих горах, а их режим дня был перевернут с ног на голову. Но, несмотря на все это веселье, в науке царил консервативный скептицизм: никто не хотел с уверенностью заявлять, что нам удастся доказать существование экзопланет – ведь ничто не известно заранее. (Нечто подобное происходит и сегодня, когда никто не спешит делать заявления о существовании разумной жизни где-либо еще во Вселенной, хотя многие ученые полагают, что это так.) Косвенных признаков было немало, особенно доказательств наличия газово-пылевых дисков, что согласуется с теоретическими моделями планетообразования. Кажется, все понимали, что момент истины вот-вот наступит. Шли годы. Наконец, в 1995 г. было объявлено о равной по массе Юпитеру планете, обращающейся с периодом в четыре дня вокруг 51 Пегаса, солнцеподобной звезды примерно в 60 световых годах от Земли [99]. Обнаружение вихляния этой звезды стало первым несомненным успехом метода фиксации колебаний лучевой скорости. За следующие пять лет был накоплен достаточный массив данных о наблюдениях, чтобы команды ученых со всего мира смогли обнаружить еще десятки экзопланет. Плотина рухнула.