Загадки космоса. Планеты и экзопланеты

Что обычно имеют в виду, когда говорят об этих «гигантских расстояниях»? Самым точным способом вычисления расстояния до звезды в пределах Галактики является тригонометрический метод: сначала определяется видимое смещение звезды на небе, произошедшее в течение полугода. Половина этого смещения, выраженная в градусах, называется годичным звездным параллаксом. Далее рассматривается прямоугольный треугольник, образованный звездой, Солнцем и Землей (расстояние от Земли до Солнца известно), и вычисляется искомое расстояние. Как вы помните, звездный параллакс двойной звезды первым пытался измерить Галилей[27], но у него ничего не вышло. Потом неоднократные попытки предпринимали и другие астрономы, в числе которых Роберт Гук, Жан Пикар, Оле Ремер, Уильям Гершель, но и они оказались безуспешными. Только к первой трети XIX века астрономические инструменты достигли точности, достаточной для измерения параллакса звезд.

Первым годичный параллакс вычислил Василий Яковлевич Струве. Его измерения были произведены для звезды Альтаир в 1821 году. В 1837 году он измерил параллакс Веги. Через год, вдохновившись результатами Струве, известный астроном и математик Фридрих Бессель с еще большей точностью вычислил годичный параллакс звезды 61 Лебедя. Этот результат затмил пионерскую работу Струве, и в 1842 году Лондонское королевское общество наградило Бесселя золотой медалью.

Однако Струве и Бессель сделали и кое-что еще более важное: они впервые продемонстрировали необъятные размеры Млечного Пути и Вселенной, определив истинные масштабы невероятных расстояний, отделяющих звездные системы друг от друга. Оказалось, что Вега отдалена от нас на 25 св. лет – это в полтора миллиона раз больше, чем расстояние от Земли до Солнца. И все же проблема гигантских расстояний не единственная.

Вторая проблема еще более сложная. Каким образом можно обнаружить экзопланету? Кто-то ответит: нужно направить на нее телескоп, и мы увидим ее, подобно тому, как видим кратеры на Луне или кольца Сатурна. К сожалению, этот способ в случае с экзопланетами не работает. Любая оптическая система, будь то телескоп или человеческий глаз, видит что-то, поскольку это что-то является источником света. Соответственно, чем ярче объект, тем лучше его видно. Планеты свет не излучают и могут быть заметны только благодаря отражению света родительской звезды, причем некоторая часть этого света поглощается поверхностью планеты (например, Юпитер, самая большая планета Солнечной системы, отражает лишь одну миллиардную долю падающего на него солнечного света). Поэтому для далеких наблюдателей планеты кажутся очень тусклыми.

И наконец, третью проблему решить труднее всего, и именно она является самой главной. Дело в том, что по сравнению с теми расстояниями, которые отделяют одну звезду от другой, планеты находятся к своим звездам очень близко. А это значит, что весьма непросто отделить тусклый свет планет от мощного блеска самих звезд. Звезда буквально засвечивает планету, скрывает ее от наблюдателя в своем ореоле.

Для того чтобы понять, что за явление помогает астрономам находить экзопланеты, нужно вспомнить школьный курс физики. Сила, с которой звезда притягивает планету, равна силе, с которой планета притягивает звезду. Ускорение, вызванное этой силой, обратно пропорционально массе небесного тела: у легкой планеты ускорение больше, а у тяжелой звезды меньше. Если планета вращается вокруг звезды по идеальной окружности, то у ускорения звезды меняется только знак, но не величина. Однако чаще всего орбиты планет не круговые, и во время движения последние то приближаются к своей звезде, то отдаляются от нее. Возникающее, уже ненулевое, периодически меняющееся ускорение заставляет звезду вращаться вокруг центра масс системы – некой точки равновесия, не совпадающей с центром звезды. Центр масс системы Плутон – Харон располагается в пространстве между этими телами на высоте почти 1 000 км над поверхностью Плутона, центр масс Солнца и Юпитера – на 48 000 км выше поверхности Солнца, а центр масс системы Земля – Луна находится внутри Земли на расстоянии 4 670 км от ее центра.

Таким образом, когда мы говорим, что планеты вращаются вокруг своей родительской звезды, мы немного лукавим. Более корректная формулировка: звезды и планеты вращаются относительно центра масс их систем. Следовательно, нам нужно искать не признаки движения планет, а, наблюдая за звездой, искать признаки ее движения.