Последний космический шанс

Я хорошо помню времена, когда ученые считали Солнечную систему уникальной. В ходу была теория советского математика Отто Шмидта, который утверждал, что все известные планеты, включая Землю, возникли в результате «счастливой случайности». То есть по ходу своего движения вокруг центра Галактики наше светило вошло в облако «темной материи», состоящее из метеороидов, и увлекло его за собой; потом из этого вещества за счет гравитационного «стягивания» сформировались планеты, спутники и астероиды. Теорию оспаривали многие астрономы, ведь она противоречила здравому смыслу и была по сути развитием гелиоцентризма, устаревшего еще в XVIII веке. Но сторонники Шмидта требовали твердых доказательств: предъявите планеты у других звезд, тогда и поговорим. А вот предъявить было нечего, ведь астрономические инструменты не позволяли увидеть относительно малые объекты на фоне яркой звезды с такого огромного расстояния. Революция в этой сфере произошла только в середине 1990-х годов, опять же благодаря новым методам обработки информации, которые дали нам современные компьютеры. И сегодня счет найденных экзопланет (так называют планеты у звезд) идет на тысячи. Сторонники «уникальности» посрамлены, а ученые открывают столь удивительные миры, что рядом с ними меркнут самые разнузданные фантазии.

6.1. В поисках новой Земли

Для обнаружения экзопланет чаще всего используется эффект Доплера. Звезда, имеющая планету, испытывает под ее гравитационным воздействием колебания скорости «к нам – от нас», которые можно измерить, наблюдая доплеровское смещение спектра. На первый взгляд, это представляется весьма трудной задачей. К примеру, под действием Земли скорость Солнца колеблется на сантиметры в секунду. Под действием Юпитера – на метры в секунду. При этом заметное расширение спектральных линий звезды само по себе соответствует разбросу скоростей в 1000 км/с. То есть даже в случае с Юпитером следует измерять смещение спектральных линий на тысячную долю от их ширины! И все же эта сложнейшая задача была блестяще решена.

Новейший метод поиска планет основан на наложении спектра звезды на сильно изрезанный линиями калибровочный спектр. Для калибровки используются пары йода в ячейке, помещаемой перед спектрометром. Температура ячейки поддерживается строго постоянной. Спектрометр выдает суперпозицию двух сильно изрезанных спектров поглощения – звезды и йода. Небольшие смещения спектра звезды приводят к изменениям суперпозиции на всех частотах, что значительно увеличивает точность измерения. В результате удалось получить точность определения колебаний скорости до 3 м/с, а сейчас она приближается к 0,3 м/с.

Именно этим методом воспользовались швейцарские астрономы Мишель Майор и Дидье Квелоц, обнаружив в 1995 году изменение спектра у звезды 51-й Пегаса (51 Pegasi b, 51 Peg b), очень похожей на Солнце и расположенной на расстоянии 50 световых лет. Расчеты показали, что периодические изменения радиальной скорости имеют амплитуду 120 м/с и, скорее всего, вызваны планетой с массой, которая вдвое меньше, чем у Юпитера. Вращается эта планета необычайно близко от своей звезды – на расстоянии всего 0,05 астрономической единицы (в двадцать раз ближе, чем Земля от Солнца!). Такая дистанция вызвала недоумение астрономов. На столь малом расстоянии, согласно современным теориям формирования планетных систем, не может образоваться ни гигантская газовая планета, подобная Юпитеру, ни каменная, имеющая соответствующую массу.

Пытаясь привести практические наблюдения в соответствие с теорией, исследователи выдвинули предположение, что некогда планета 51 Peg b, получившая неофициальное название Беллерофонт (Bellerophon), сформировалась на расстоянии в сто раз большем. Но потом ее могло сместить с законного места столкновение с каким-либо небесным телом (например, с гигантским астероидом) или гравитационное влияние еще одного спутника 51-й Пегаса – звезды, имеющей сравнительно небольшие размеры.

Позднее были найдены другие массивные планеты поблизости от своих звезд. Их выделили в отдельный класс «горячих юпитеров» (hot jupiters). Планет подобного типа оказалось столь много, что возникла версия, будто бы такая система, с «горячим юпитером», является типичной, а наша – опять же уникальной. Но серьезные ученые понимали, что дело лишь в приборной селекции: возможностей нового метода пока не хватало, чтобы легко находить небольшие планеты на значительном удалении от родительских звезд.

Колебания радиальной скорости звезды 51 Pegasi, указывающее на присутствие массивной планеты