Дальние миры.


Дальние космические мирыНовую рубрику “Через тернии к звездам” мы начинаем статьёй о поиске планет в других звездных системах. Вопрос этот давно волновал не только астрономов, поэтому средства на необходимые исследования выделяло как государство, так и частные компании.

Долгое время считалось, что ближайшей к нам звездной системой, имеющей хотя бы одну планету, является звезда Барнарда (иногда её называют звездой Бернарда) относящейся к маломассивным красным карликам позднего класса M5V. К ней даже собирались организовать межзвездную экспедицию на корабле “Daedalus”, однако все эти теории не оправдались. История этой эпопеи такова.

Звезда Барнарда была открыта в 1916 году благодаря большому видимому движению по небу, составляющему 10 угловых секунд в год. Честь открытия принадлежит американскому астроному Э.Барнарду, который больше “охотился” за кометами, причем совсем не бескорыстно – правительство США в своё время платила щедрые премии за такие находки. Однако планету вокруг этой звезды “открыл” не он.

В течении 1950-1980-х гг. Звезду Барнарда и её окрестности изучал другой американский исследователь П.Ван де Камп. Движение этого небесного тела он начал в 1938 году и спустя некоторой время он пришел к выводу, что вокруг звезды вращается массивное тело, которое может быть планетой. Это утверждение он построил на данных полученных при помощи собственного 61-см телескопа в обсерватории Спроул.

Ван де Камп нашёл, что по результатам анализа 2400 снимков, след звезды на фотопластинке образует слабо волнистую линию с размахом колебаний до 0,0005 мм, что свидетельствовало о периодическом смущении звезды на 0,04 угловой секунды. Такой эффект, по мнению Кампа, могла дать планета массой с Юпитер или больше. В дальнейшем он настолько увлекся своей теорией, что начал утверждать о двух найденных им планетах с периодами обращений 12 и 26 лет, однако никаких точных доказательств американский исследователь не представил.

Популярность этой теории в 1970-1980-е годы была очень велика, что не в последнюю очередь было заслугой самого Кампа, который мастерски владел аудиторией. Тем не менее, нашлись другие астрономы, которые решили проверить его результаты, но уже другими методами.

Один из близких друзей Ван де Кампа (Н.Вейгман) провел тщательные исследования звезды Барнара в 1971 году и никаких колебаний не обнаружил. Тогда Вейгман предложил аспиранту Аллегансткой обсерватории США Н.Гейтвуду провести анализ движения звезды Барнарда в качестве диссертационной работы. Однако молодой ученый пошёл дальше, и разработал новый астрометрический прибор – многоканальный компьютеризированный фотометр, который исключал большинство ошибок измерений. Опыты проводились независимо в двух различных обсерваториях, но результат был один и тот же – у звезды Барнарда не было планет! Тем не менее, Ван де Камп оставался верным своей теории вплоть до 1995 года, когда по иронии судьбы была действительно открыта первая планета вне Солнечной системы.

51 pegas-bМожно догадаться, что поиском дальних миров занималось множество ученых, в том числе и в Советском Союзе, но повезло опять на этот раз швейцарским астрономам М.Майору и Д.Квелоцу. “Рыская” по звездному небу они исследовали 142 звезды солнечного типа, пока не обнаружили в конце 1994 года отклонения в динамике звезды 51Peg в созвездии Пегаса. Эта звезда относилась к солнечному типу и классу G2,5, хотя ранее долгое время её принимали за красный субгигант. Разработанный швейцарцами спектрометр, использовавший торий-аргоновый стандарт со световодом, позволял достичь более точных результатов с большей скоростью, нежели аппарат Гейтвуда.

Всего за несколько ночей значительная часть лучевой скорости звезды меняла знак, изменяясь на 60 м\с. Вначале ученые подумали, что дело в неисправности спектрометра, но уже в декабре 1994 года в их руках оказалась синусоидальная кривая изменения кеплеровской составляющей лучевой скорости 51Рeg с периодом всего 4,2 дня. Это означало, что у звезды имеется планета с массой больше, чем у Юпитера, но находится она в 8 раз ближе. Это противоречило всем предыдущим исследованиям о возможных орбитах планет-гигантов, но факт оставался фактом.

В июле 1995 года были проведены дополнительные измерения и тогда у Майора и Квелоца уже не оставалось сомнений – у звезды 51Peg есть планета! Свои результаты исследований они представили осенью 1995 года на конференции в Италии. Параллельно уточнялось, что экзопланета скорое всего имеет массу в половину юпитерианской, а температура на её внешней поверхности может достигать 1000 кельвинов (700° С). Позднее работы швейцарских астроном была опубликована в журнале “Nature”.

Интересно, что одновременно с ними поиском планет занималась группа американских университета Сан-Франциско ученых под руководством Д.Марси. Тогда, по предложению аспиранта П.Батлера, при работе с определением лучевых скоростей стандарт фтористого водорода был заменен на пары йода, что также дало более точные результаты. Американцы провели грандиозные исследования в течении 1987-1995 гг., но ошибочно исключили из списка звезд ту самую 51Peg – в итоге лавры первооткрывателей достались швейцарцам.

tau bootes-bИ всё же, концу 2005 года группой Марси-Батлера были собраны материалы по 107 звездам. Одним из первых кандидатов на существование новой планетной системы оказалась звезда в созвездии Лебедя 16Cyg B – предполагается, что данная экзопланета имеет большой эксцентриситет орбиты (вытянутость). В то же время, у другой звезды была обнаружена планета t Boo b, у которой эксцентриситет ничтожно мал. Её период обращения составляет 3,3 дня, а вероятная масса – примерно 4 массы Юпитера. При этом, к звезде она ещё ближе, чем планета 51Peg.

Весьма любопытен и такой факт – в 1991 году радиотелескоп в Аресибо (Пуэрто-Рико), работавший в пассажном режиме, обнаружил слабый пульсар которому присвоили название PSR В1257+12. находится он на расстоянии 1300 световых лет, а период пульсации составляет 6,2 миллисекунды. Американский ученый А.Вольцшан обнаружил с этой звездой проблемы, что позволило сделать вывод о наличии у неё планеты. Вскоре были получены подтверждения из обсерватории Сокорро в Нью-Мексико. В 1993 году Вольцшан объявил о наличии у звезды PSR В1257+12 уже трех планет, которые находятся примерно на расстоянии Меркурия, Венеры и Земли с периодами обращений 25,67 и 96 суток, причем существование ранее обнаруженной планеты теперь оспаривалось.

К результатам Вольцшана научный мир поначалу отнесся весьма скептически. Пульсары образуются после взрыва обычных звезд и гипотетические планеты могли быть уничтожены, либо они покинули бы звезду. Предполагается, что ранее рядом с пульсаром находилась другая звезда, вещество которой перетекло к PSR В1257+12, а остатки конденсировались в планеты газообразного типа.

И всё же, доводы американца оказались убедительными, хотя право первооткрывателя экзопланеты ему не досталось. Планеты получили индексы от A до D, причем последняя из них, возможно, подобна Сатурну – эти данные были получены в 1996 году.

В настоящий момент планеты делятся по температурному признаку (Горячие планеты, Очень теплые планеты, Теплые планеты, Прохладные планеты, Холодные планеты, Очень холодные планеты, Ледяные планеты), а также характеристикам массы (Планеты-гигинты, Нептуны и Земного типа). Разумеется, возможны различные комбинации.

Ниже приводится краткая информация о двух планетах, относящихся к типу “теплых Земель” и “транзитных” (с сайта Планетные Системы).

Gliese 876 d – минимальная масса 5.7 масс Земли, она вращается вокруг близкого красного карлика Gliese 876 на расстоянии 0.021 а.е. (чуть больше 3 млн.км) и делает один оборот за 1.938 суток. Почти наверняка она захвачена в резонанс 1:1 и повернута к своей звезде только одной стороной. При R/Rэф = 0.13 ее эффективная температура составляет 650-770К в зависимости от альбедо. Плотная атмосфера может состоять из азота, углекислого и угарного газов, водяного пара и сероводорода. Весьма вероятно, что из-за сильного парникового эффекта температура поверхности этой планеты очень высока, а поверхность покрыта обширными лавовыми морями.

GJ 436 b – масса составляет 22.6 ± 1.9 масс Земли, радиус 4.2 ± 0.2 земных радиусов, средняя плотность равна 1.71 ± 0.31 г/куб.см, вторая космическая скорость близка к 26 км/сек. В зависимости от альбедо (которое пока неизвестно) его эффективная температура может составлять 630-700К. Прямое измерение температуры планеты с помощью космического инфракрасного телескопа им. Спитцера дало значение 712 ± 36К, что говорит о низком альбедо и/или дополнительном разогреве планеты приливными силами. Температура его экзосферы должна быть выше температуры экзосферы Земли (1500К), но ниже температуры экзосферы Озириса (5000К). Если грубо оценить ее в 3000К, то средняя скорость атомов водорода составит 7.2 км/сек, что всего в 3.6 раза меньше второй космической скорости. Весьма вероятно, что GJ 436 b уже потерял значительную долю водорода, и в его атмосфере преобладает гелий. Скорее всего, атмосфера планеты затянута темным органическим смогом.

На сегодняшний день обнаружено около 200 экзопланет у звезд солнечного класса, большинство из которых отнесли к “горячим гигантам”. В настоящее время поиски планет земного типа ведутся не только с Земли, но и с космических телескопов COROT и “Kepler”. Помимо этого, для поиска планет, подобных Земле, NASA планирует запустить в 2013 году космический комплекс TPF, состоящий из двух автоматических станций.

космических телескопов COROT и “Kepler”

 

По материало журналов “Вокруг Света” (№9 2006) и “Наука и Техника” (№8 2009), а также сайта Планетные Системы).
Художники – Алексей Корецкий и Джон Ватмоуг.