Что такое экзопланеты и как их искать

Фантасты много лет мечтали о других мирах у далеких звезд. А современная наука уже находит такие миры!


Экзопланеты — любые планеты во Вселенной, которые не вращаются вокруг нашего Солнца. Изучая их, мы лучше понимаем собственную Солнечную систему, ищем следы внеземных цивилизаций и новый дом для человечества. В долгосрочной перспективе.

Немного истории

В небе тысячи звезд, но в реальности их намного больше! Наше Солнце тоже звезда. Одна из многих: наша планета не уникальна, как и вся Солнечная система.

Еще в XVI веке Джордано Бруно (которого инквизиция сожгла за его убеждения) говорил, что мы живем лишь в одном из миров, которых во Вселенной великое множество.

Джордано Бруно умер в 1600 году — через четыре века, в 1992 году, ученые обнаружили первую планету вне Солнечной системы и подтвердили его слова.

Памятник Джордано Бруно в Риме

Искать экзопланеты сложно: в отличие от звезд, они не излучают, а только отражают свет. Поэтому они очень тусклые — то, что планеты должны существовать очень близко к звездам, лишь усугубляет ситуацию.

Представьте, что вы пытаетесь рассмотреть светлячка рядом с мощным прожектором, который светит вам прямо в лицо. Сложно!

Как искать экзопланеты

Увидеть экзопланету в телескоп практически невозможно (впервые у нас получилось это в 2004 году), поэтому искать их приходится по косвенным признакам.

Астрометрия

Вы часто слышите, что планеты вращаются вокруг звезд. На самом деле, звезды и планеты вращаются вокруг общего центра масс — барицентра. Даже если звезда гораздо массивнее своего спутника, то барицентр всей системы будет смещен относительно центра звезды.

Вращение системы планета-звезда вокруг общего центра масс. Обратите внимание на смещение звезды

Так, наблюдая движение звезд по ночному небу, мы можем отслеживать небольшие периодические колебания из стороны в сторону. Их наличие указывает, что вокруг звезды вращается экзопланета: по амплитуде колебаний можно определить, насколько планета массивна.

Допплеровский метод

Еще один метод — наблюдение за спектром света звезды. Как и в случае с астрометрией, этот метод обусловлен движением самой звезды вокруг центра масс всей планетарной системы.

По мере вращения вокруг барицентра звезда то отдаляется, то приближается к нам. В силу вступает эффект Допплера: когда звезда от нас отдаляется, ее спектр смещается в красную сторону, а когда приближается — в синюю.

Звезда движется к нам, спектр синеет; движется от нас — краснеет

Анализируя спектр свечения звезд, ученые выявляют периодические «покраснения» и «посинения», которые указывают на наличие в системе планет. Зная массу звезды и интенсивность смещений, можно делать выводы о массе самой экзопланеты.

Гравитационное микролинзирование

Гравитационное линзирование — эффект, который возникает при искривлении пути луча света из-за гравитации массивного тела, в результате чего свет преломляется и фокусируется. Отсюда название «линзирование».

Подробнее об этом эффекте я писал в статье о темной материи — но там речь шла о преломлении света сверхмассивными объектами (галактиками и скоплениями галактик).

При поиске экзопланет речь идет о намного меньшей массе — соответственно, и о более слабом эффекте.

Для использования метода микролинзирования все должно выстроиться в одну линию:

  • далекий источник света,
  • звезда (вокруг которой вращается искомая экзопланета),
  • наблюдатель (астроном, который смотрит в телескоп).

Благодаря микроискажениям изображения от далекой звезды ученые смогут сделать выводы о существовании планет вокруг звезды-линзы.

Транзитный метод

Транзитный метод — самый эффективный на данный момент. Именно с его помощью найдено подавляющее большинство подтвержденных экзопланет.

Метод заключается в наблюдении за вариациями яркости звезд.

Если плоскость вращения планеты вокруг своей звезды пересекает линию наблюдения, то в какой-то момент (с нашей точки зрения) планета будет проходить по диску своей звезды. В этот момент она отбросит тень на звезду и заблокирует часть света, который долетает до нас — это событие называется транзитом.

Падение наблюдаемой яркости звезды при транзите планеты

Для астрономов транзит выглядит как периодическое падение в яркости звезды. По времени транзита и его интенсивности (количеству блокируемого света) можно делать выводы о наличии планеты, а также о ее радиусе и орбитальном периоде.

Если использовать допплеровский метод, который сообщает информацию о массе экзопланеты, мы можем заодно узнать плотность планеты и радиус ее орбиты.

Телескоп «Кеплер» — самый известный инструмент, который использует транзитный метод. С его помощью найдены 2326 подтвержденных экзопланет (около 70% от всех обнаруженных объектов).

Обитаемые планеты

Мы находим самые разные экзопланеты: от маленьких каменных миров (меньше Меркурия) до «горячих Юпитеров» — газовых гигантов, которые в несколько раз превышают размер Юпитера, но так и не стали звездами.

Для нас большой интерес представляют потенциально обитаемые планеты — на них можно найти внеземные цивилизации, да и «запасной» дом для человечества не будет лишним.

Зона обитаемости: не слишком жарко, не слишком холодно

Чтобы планета могла поддерживать жизнь, она должна иметь твердую поверхность и температурный режим, при котором вода находится в жидком агрегатном состоянии (от 0 до 100 градусов по Цельсию).

Для каждой звезды регион, в котором планете будет сообщаться достаточно энергии, чтобы плавить лед (но недостаточно, чтобы испарять океаны), отличается. Такое пространство называется «зоной обитаемости». Для горячих звезд она будет располагаться дальше от звезды, для холодных — ближе.

Все известные экзопланеты, отсортированы по температуре (слева направо) и плотности (снизу вверх)

Оригинал изображения

На сегодняшний день подтверждено существование 3372 экзопланет, из которых только 21 находится в обитаемой зоне.

Мы нашли экзопланеты вокруг всех типов звезд — подобных Солнцу, маленьких белых карликов, массивных синих звезд; даже вокруг красных гигантов, которые доживают свой век. Мы находим планеты, которые живут в бинарных системах (системах с двумя солнцами)!

Только в нашей галактике могут существовать сотни миллиардов планет. Вероятно, планет даже больше, чем звезд на небе.

«Новая надежда»: Люк Скайуокер наблюдает двойной закат на Татуине.

По мере улучшения технологий поиска мы сможем лучше искать и изучать экзопланеты. Например, с помощью телескопа James Webb (который будет запущен в 2018 году) мы планируем увидеть даже атмосферы ближайших к нам планет. Телескоп будет работать в инфракрасном диапазоне и сможет лучше видеть более тусклые объекты (вроде экзопланет).

Космический телескоп James Webb: исследователи возлагают на него большие надежды в поиске экзопланет

Понимая другие миры, мы сможем узнать больше информации о собственном мире. И кто знает — может быть, именно на одной из планет вокруг далеких звезд мы найдем подтверждение, что мы не одни во Вселенной.

1
Автор: Антон Поздняков