Загадки космоса. Планеты и экзопланеты

На конференции 30 октября 2018 года ученые NASA сообщили журналистам, что миссия телескопа «Кеплер» завершена, так как он исчерпал все запасы топлива, необходимые для периодической коррекции его положения в пространстве. К этому времени он отработал девять с половиной лет вместо положенных ему по спецификации трех с половиной. «Кеплер» обнаружил более двух с половиной тысяч экзопланет, и еще тысячи объектов, зафиксированных им, ждут проверки. Завершение миссии не стало сюрпризом. Еще в марте того же 2018 года было объявлено, что запасы топлива близки к истощению. К этому моменту два из четырех гироскопов, контролировавших положение телескопа в пространстве, вышли из строя. Последняя поломка произошла в мае 2013 года, и некоторое время «Кеплер» бездействовал, будучи неспособным ориентироваться в пространстве на должном уровне. Но инженеры NASA нашли уникальный выход из ситуации – то, что они сделали, можно назвать инженерным чудом: в 2015 году телескоп стабилизировали относительно солнечного ветра, оказывающего небольшое, но постоянное давление в одну сторону. А два оставшихся гироскопа устраняли неизбежный при таком положении дрейф. Так телескоп проработал еще три года. Операцию назвали «Второй свет» по аналогии с термином «первый свет».

1. Телескоп «Кеплер»

2. Сравнение размеров Осириса и Юпитера

3. Телескоп TESS

В апреле 2018 года на замену «Кеплеру» с космодрома на мысе Канаверал на ракете-носителе Falcon 9, принадлежащей частной компании SpaceX, в космос запустили другого охотника за экзопланетами – телескоп TESS. Он выполняет ту же задачу, которая стояла перед телескопом «Кеплер», и использует тот же метод, что использовал «Кеплер». Кроме того, оба телескопа имеют похожие размеры и массу, однако дальше начинаются различия.

Телескоп «Кеплер» обращался вокруг Солнца по чуть более высокой орбите, чем орбита Земли, и поэтому всегда находился в земной тени. В 2009 году наши знания об экзопланетах были очень скромны[40], и задача телескопа состояла лишь в том, чтобы следить за светом от как можно большего числа звезд, собирая статистику по типам и орбитам внесолнечных планет, которые удастся обнаружить. Ученые выбрали для наблюдения область пространства в созвездии Лебедя, что находится выше галактической плоскости. Тем самым камеры телескопа избегали засветки от центральной части нашей галактики, где плотность звезд наиболее высока. «Кеплер» следил за почти 145 000 звезд, находящихся на расстоянии до 3 000 св. лет от нас (это всего около 3 % диаметра Галактики). Число триллион, когда речь идет о количестве планет в нашей галактике, и классификация экзопланет по типам являются экстраполяцией знания, полученного из этой небольшой, но представительной выборки.

TESS же находится на вытянутой геоцентрической орбите, которая к тому же наклонена к плоскости эклиптики. Вместо того чтобы смотреть лишь в одном направлении, телескоп сканирует почти весь небосвод с перекрывающимися полями зрения (подобно тому, как друг друга перекрывают лепестки цветка). Благодаря «Кеплеру» мы узнали, что планеты есть практически у каждой звезды, поэтому TESS ищет их у наиболее близких (до 300 св. лет) и ярких звезд. Каждые 27 суток телескоп переключается на новый сектор обзора северной или южной широты (всего их 26). В первый год работы составлялась карта неба северного полушария, во второй – южного. Участки неба, близкие к полюсу, наблюдаются дольше, чем 27 суток: некоторые – 54, некоторые – 81 и так далее. Зона полюса при таком режиме находится под постоянным наблюдением почти весь год. С одной стороны, это поможет обнаружить планеты, орбитальные периоды которых больше 27 суток, а с другой – потенциально полезно для будущей миссии телескопа «Джеймс Уэбб» (на момент написания этих строк многострадальный телескоп все еще находится на Земле) – ему тоже предстоит постоянно обозревать небо в полярной области.

В наследство от TESS мы получим каталог ближайших и самых ярких звезд с транзитными экзопланетами, окружающими Землю. Ожидается, что TESS обнаружит тысячи экзопланет, причем десятки или даже сотни из них будут размером с Землю. Эти планеты станут отличными объектами для подробных исследований в ближайшие десятилетия. Вообще, если голубая мечта человечества – найти жизнь во Вселенной, то обнаружение планет, максимально похожих на Землю, – первый шаг к ее осуществлению, и это одна из главных задач телескопа TESS. Он позволит не только находить экзопланеты и классифицировать их, но и изучать различия между планетами, принадлежащими к одному и тому же классу, определять состав их атмосфер, обнаруживать экзопланетные луны, следить за динамикой планет и оценивать их приливные взаимодействия.