Загадки космоса. Планеты и экзопланеты

Сейчас, после того как астрономы собрали внушительную статистику по экзопланетам, оказалось, что горячие юпитеры достаточно редки в Галактике – их находят рядом всего с 1 % солнцеподобных звезд⁵⁵. Ситуация с обилием горячих юпитеров изменилась, когда были обработаны результаты, переданные на Землю телескопом «Кеплер». Этот телескоп пробыл на орбите с 2009 по 2018 год. В последний для «Кеплера» год состоялся запуск еще одного космического телескопа – TESS. Оба телескопа используют транзитный метод обнаружения экзопланет – на сегодняшний день это самый эффективный метод.

Если вы знаете, что такое затмение, будьте уверены: что такое транзит, вы тоже знаете. «Затмение», «транзит» и «покрытие» – это разные слова для обозначения схожих явлений, происходящих, когда один астрономический объект проходит между наблюдателем и другим объектом (как правило, более далеким и более ярким). Разница между этими явлениями – в наблюдаемых размерах объектов. Если угловые размеры двух объектов сопоставимы, мы говорим о затмении одного объекта другим – например, как в случае с солнечным затмением. Если видимый размер более далекого объекта оказывается намного меньше видимого размера более близкого, это явление называется покрытием. Постоянно происходят покрытия некоторых звезд Луной. Обратная ситуация называется транзитом: скажем, когда самолет пролетает на фоне Луны, он совершает транзит.

Транзиты исторически были важны в астрономии, так как позволяли находить расстояние между Солнцем и Землей. Впервые транзит Венеры по Солнцу собирался наблюдать Иоганн Кеплер. Но ему не удалось – он умер за шесть лет до этого события. Однако благодаря работам Кеплера транзит смог увидеть английский астроном Джереми Хоррокс в 1639 году. Наблюдал транзит Венеры по диску Солнца и Джеймс Кук в своем кругосветном путешествии. Последний транзит Венеры произошел в 2012 году.

Что касается других звезд, Отто Струве был, по-видимому, первым, кто предположил, что периодические временные падения яркости звезды могут свидетельствовать о наличии обращающейся вокруг нее планеты. Потребовалось почти 50 лет, чтобы подтвердить эту гипотезу. Первое успешное наблюдение транзита удалось провести только в самом конце XX века.

Есть две ключевые даты, касающиеся транзитного метода обнаружения внесолнечных планет: декабрь 1999 года, первое детектирование планеты HD 209458 b с помощью этого метода, и апрель 2009 года, когда в космос был отправлен охотник за экзопланетами «Кеплер», принесший в копилку человеческих знаний тысячи подтвержденных экзопланет за почти десять лет работы. Два этих события, произошедшие с перерывом в 10 лет, положили начало революции наших представлений о Галактике и о разнообразии внесолнечных миров.

HD 209458 b – газовый гигант в созвездии Пегаса (того самого, в котором был найден первый горячий юпитер), находящийся на расстоянии 159 св. лет от нас. Он совершает полный оборот вокруг своей звезды по орбите, диаметр которой равен примерно ¹/₈ диаметра орбиты Меркурия, раз в 3,5 земных суток. Это типичный горячий юпитер с температурой атмосферы 1 000 К, вращающийся вокруг звезды, очень похожей на наше Солнце. Изначально экзопланета была обнаружена методом радиальных скоростей с помощью спектрографа ELODIE, но в том же году две команды, работающие независимо, – первая из Великобритании (Кембридж), вторая из США (Университет штата Теннесси) – решили попробовать подтвердить ее существование с помощью транзитного метода. Несмотря на все сложности, ожидавшие ученых, они смогли наблюдать падение яркости HD 209458 примерно на 2 % каждые 3,5 суток. Две статьи об этом появились в одном и том же выпуске The Astrophysical Journal в декабре 1999 года^{56, 57}. Таким образом, HD 209458 b в 2010-х годах стала самой изученной юпитероподобной экзопланетой. Она даже получила настоящее, нетипичное для экзопланет имя – Осирис.

Рисунок 12. Кривая блеска звезды HD 209458, полученная командой Дэвида Шарбонно в 2000 году. Провал блеска обусловлен транзитом планеты по диску звезды