Разрешите представить: экзопланеты

Экзопланета у звезды. Автор иллюстрации: М. Корнмессер, ESO.

Глядя на звёздное небо, мы можем быть совершенно уверены в том, о чём все предыдущие поколения только догадывались: каждая звезда, которую мы видим, скорее всего, имеет, по крайней мере, одну планету. Планеты, обращающиеся вокруг других звёзд, называют экзопланетами, от древнегреческого слова «экзо» — «внешний». Они различаются в размерах — от газовых гигантов больше Юпитера до маленьких каменных планет вроде Земли или Марса. На их поверхности могут кипеть металлы или лежать вечные льды. Они могут вращаться настолько близко к своей звезде, что год на них  будет длиться несколько дней, а некоторые экзопланеты существуют в системе из двух звёзд.

Самая близкая к нам звезда Проксима Центавра имеет систему из по крайней мере двух планет. Эта система находится на расстоянии 4,5 световых года или более 40 триллионов километров от нас, но большинство звёзд с экзопланетами, которые мы обнаружили к настоящему времени, удалены на сотни и тысячи световых лет.

Плохая новость в том, что в обозримом будущем мы не сможем их достичь и оставить на них отпечатки своих следов. Но хорошая новость в том, что мы можем их увидеть, измерить температуру, узнать состав атмосферы и, возможно, найти признаки присутствия жизни в этих удаленных мирах.

По данным на 20 апреля 2018 года, известно 3767 подтверждённых экзопланет.

Как мы достигли этого?

Эпоха первых подтверждений открытия экзопланет, начавшаяся в конце 1980-х – начале 1990-х годов, переходит в следующий этап: использование более сложных и мощных телескопов — как на Земле, так и в космосе. Эти инструменты позволят проводить как более всеохватывающие, так и более детальные исследования.

Два основных метода, на которые до сих пор полагаются исследователи, основаны на смещении звезды и на затенении её света. Метод Доплеровского смещения или изменения радиальной скорости основан на наблюдении смещения звезды, вызванного гравитационным полем движущейся вокруг планеты. Величина смещения указывает на массу планеты.

Этим методом были обнаружены первые подтверждённые экзопланеты, в том числе и 51 Пегаса b в 1995 году. Наземные телескопы, использующие метод смещения, обнаружили к настоящему времени около 700 планет.

Но подавляющее большинство экзопланет открывают методом транзита – замечая, что блеск какой-либо звезды временами слабеет из-за того, что планета проходит перед её диском.

Космический телескоп Кеплер, запущенный в 2009 году, обнаружил при помощи этого метода около 2,7 тысяч экзопланет. Несмотря на то, что его топливо вот-вот подойдёт к концу, Кеплер продолжает собирать данные, анализ которых позволяет открывать новые планеты у других звёзд.

У каждого метода есть свои плюсы и минусы. Метод смещения позволяет узнать массу планеты, но ничего не говорит о её диаметре. Транзитный метод позволяет определить диаметр, но не массу. Но когда эти методы применяются в комплексе, мы можем получить параметры всей планетной системы. Лучший пример – система TRAPPIST-1 примерно в 40 световых лет от нас, где семь планет сходных с Землёй размеров обращаются вокруг маленькой красной звезды.

Эти планеты исследовались при помощи наземных и космических телескопов. Были вычислены не только диаметры планет, но и сложно уловимое гравитационное влияние их друг на друга – благодаря этому учёные определили массу каждой из планет.

Итак, теперь мы знаем их массы и диаметры; мы знаем, сколько энергии от звезды достигает поверхности планет, а значит, можем рассчитать температуру. Можно даже представить уровень освещённости и цвет неба, который мы увидели бы с поверхности этих планет. И хотя мы пока не знаем, есть ли на этих планетах океаны или ледники, эта планетная система на сегодня изучена лучше всего.

Куда мы движемся?

В эту среду NASA запустило телескоп TESS, задача которого – принять эстафету Кеплера и сделать обзор ближайших ярких звёзд на предмет наличия экзопланет. Наиболее интересные кандидаты в экзопланеты, которые обнаружит TESS, будут переданы для более пристального изучения телескопу имени Джеймса Уэбба – по последним данным, его должны запустить в мае 2020 года. Этот телескоп сможет исследовать свет, непосредственно поступающий от экзопланет, который затем можно будет разложить на спектр, и понять, какие газы присутствуют в атмосферах этих планет. Среди целей телескопа имени Уэбба – так называемые суперземли, или планеты, которые больше Земли, но меньше Нептуна. Они вполне могут иметь твёрдую поверхность, но пока о них известно очень мало, и в том числе непонятно – могут ли они быть пригодны для существования жизни. Если нам очень повезёт, в спектре одной из таких планет могут обнаружиться кислород, углекислый газ и метан. Такое сочетание газов может служить признаком присутствия живых организмов на планете.

Но для того, чтобы охотиться за сходными по размеру с Землёй планетами с атмосферами, напоминающими земную, возможно, придётся подождать следующего поколения мощных космических аппаратов в 2020-е и 2030-е годы.

Благодаря данным телескопа Кеплер, мы знаем, что многие звёзды имеют планеты. И глядя на ночное небо, мы можем быть уверены не только в огромном разнообразии наших соседей-экзопланет, но и кое в чём ещё: приключение только начинается!

Посмотреть, как ищут экзопланеты, можно, посетив сеанс в планетарии. Ближайший сеанс, на котором будет показан полнокупольный фильм «Экзопланеты», состоится 22 апреля в 19:30.