Чтение онлайн

История вопроса такова. В начале XX века американский астроном Э. Барнард обнаружил, что наибольшим видимым движением по небу обладает тусклый красный карлик 9,5 звездной величины, являющийся ближайшей к нам звездой после тройной системы Альфа Центавра. Эта невзрачная звездочка, типичный представитель многочисленного класса весьма слабых звезд правой части главной последовательности, в которых едва-едва идет протон-протонная реакция, обладает на диво заметной прытью: за 180 лет перемещается по небу на расстояние, равное лунному диаметру. Если бы таким видимым движением обладали яркие звезды, то рисунки созвездий и границы между ними пришлось бы то и дело корректировать. Выше уже говорилось о том, что эта ничтожная звезда, находящаяся сейчас в созвездии Змееносца, получила громкое имя Летящей звезды Барнарда.

В начале 1960-х научный мир был потрясен: опять-таки американский астроном Питер ван де Камп объявил об обнаружении им волнообразности траектории движения Летящей звезды. Величина смещения звезды соответствовала массе невидимого спутника, равной всего-навсего полутора массам Юпитера! Энтузиасты могли сами додумать остальное: коль скоро вокруг звезды Барнарда обращается массивная газовая планета (или планеты), то по аналогии с Солнечной системой там должны быть и меньшие тела, напоминающие планеты земной группы. Неужели получила подтверждение гипотеза о повсеместной распространенности планетных систем?

Да, получила, но гораздо позднее. Другие исследователи, набросившиеся на звезду Барнарда после сообщения ван де Кампа, не нашли в ее движении никакой волнообразности. Видимо, ван де Камп не сумел учесть какую-то систематическую инструментальную ошибку и принял ее за реальную волнообразность траектории звезды.

Первая реальная экзопланета была обнаружена Б. Кэмпбеллом, Г. Уолкерсом и С. Янгом лишь в 1988 году у оранжевого субгиганта Гамма Цефея А, но это открытие было подтверждено лишь в 2002 году. С тех пор сообщения об открытии все новых экзопланет стали поступать по нарастающей, и теперь этим никого не удивишь, если только новая экзопланета не обладает какими-нибудь уникальными свойствами. Открытие экзопланет стало своего рода спортивным состязанием между разными группами ученых и даже любителей. Ведь, в отличие, скажем, от ядерной физики, астрономия открыта для любителей, а затраты, необходимые на постройку и оборудование обсерватории, не уступающей профессиональной, хотя и весьма значительны, но все же не запредельно велики.

Подавляющее большинство экзопланет открывается в наше время методом измерения лучевых скоростей звезд и затменным методом, причем последний преобладает. В последние годы к поиску были подключены космические средства наблюдения. Орбитальный телескоп COROT, запущенный Европейским космическим агентством и ведущий съемку кривых блеска звезд, открыл к началу 2010 года 7 экзопланет и один коричневый карлик. Но гораздо лучших результатов удалось достигнуть с помощью космической обсерватории «Кеплер» (НАСА), запущенной в феврале 2009 года и выведенной на самостоятельную околосолнечную орбиту.

Основу «Кеплера» составляет телескоп системы Шмидта с апертурой 0,95 м. Эта оптическая система является широкоугольной и может обозревать довольно значительный участок неба. Телескоп «Кеплер» ведет непрерывный мониторинг одного участка неба в созвездиях Лебедя и Лиры. Площадь участка – чуть более 50 квадратных градусов. Важно, что этот участок находится вблизи Млечного Пути и «Кеплер» обозревает в основном плоскую подсистему Галактики, то есть преимущественно звезды второго поколения, вполне способные иметь твердые планеты. «Кеплер» одновременно следит за 150 тысячами звезд, регистрируя незначительные колебания их блеска. По состоянию на середину сентября 2011 года «Кеплер» уверенно открыл 21 экзопланету и 1235 надежных кандидатов в экзопланеты, которые, однако, требуют подтверждения своего существования. Учитывая затменный метод, не позволяющий регистрировать планеты, не проходящие по диску звезды, это очень и очень немало! Сколько всего звезд из числа исследуемых «Кеплером» имеют планеты, остается только гадать, но ясно главное: планетные системы у других звезд – скорее норма, чем исключение, и нам не следует ни чересчур задаваться, ни впадать в ужас от нашего одиночества во Вселенной: наша Солнечная система очень далеко не единственная планетная система.

Впрочем, есть основания признать ее не вполне типичной. Во-первых, потому, что орбиты планет Солнечной системы почти круговые, а треть обнаруженных экзопланет обращается вокруг своих звезд по сильно вытянутым орбитам. Во-вторых, удивляет количество «горячих юпитеров» – больших экзопланет, обращающихся по очень коротким орбитам в непосредственной близости от своих звезд. Так, например, экзопланета, обнаруженная у звезды 51 Пегаса, имеет массу около 0,45 массы Юпитера и делает полный оборот вокруг звезды всего-навсего за 4,23 суток. Экзопланета у звезды Тау Волопаса массивнее: 3,7 массы Юпитера, но период ее обращения короче: 3,31 суток. Это лишь типичные примеры, а вообще их очень много.

Конечно, обнаружению в первую очередь «горячих юпитеров» помогает затменный метод: ведь чем планета ближе к звезде, тем выше вероятность того, что ее орбита позволит нам наблюдать изменение яркости звезды при прохождении планеты по ее диску. Кроме того, чем планета крупнее, тем легче ее обнаружить. И тем не менее количество «горячих юпитеров» удивляет. Может ли юпитероподобная планета сформироваться так близко к звезде, а тем более к мощно излучающей протозвезде? Скорее нет, чем да, – и все же с результатами надежных наблюдений особо не поспоришь.

Выдвинуто несколько гипотез, пытающихся объяснить данный феномен. Любопытна гипотеза Д. Лина, П. Боденхаймера и Д. Ригардгона (США). Они предполагают, что любая протопланета, находящаяся в протопланетном диске, должна со временем мигрировать в сторону центра системы. Причин две. Во-первых, материя, образующая протопланетный диск, теряет вследствие трения свою механическую энергию, стремясь приблизиться к молодой звезде и даже выпасть на нее. Поток материи увлекает за собой протопланету, как ветер увлекает воздушный шар. Вторая причина – резонансные отношения протопланет со спиральными волнами плотности в диске. Эта гипотеза предполагает, что в молодой Солнечной системе первоначально сформировалось несколько юпитероподобных планет, причем все они были ближе к Солнцу, чем Юпитер, и жизнь их была кратковременна: еще до исчезновения протопланетного диска они выпали на Солнце. Само собой, когда диска не стало, исчезла причина приближения планет к Солнцу.

Гипотеза эта, уязвимая для критики и вызывающая ожесточенные споры, все же помогает объяснить, почему многие юпитероподобные экзопланеты находятся так близко к своим светилам: либо протопланетные диски исчезли несколько раньше, чем планеты упали на свои звезды, либо они еще не исчезли и падение продолжается. А раз оно шло или идет, то мы можем застать его в любой фазе! Между прочим, очень молодые экзопланеты в протопланетных дисках уже обнаружены, таким объектом, например, является весьма массивная (10 масс Юпитера, почти коричневый карлик!) экзопланета в газово-пылевом диске, окружающем звезду TW Гидры. Это звезда типа Т Тельца, то есть еще не «севшая» на главную последовательность и в некотором смысле еще не звезда, а протозвезда. Возраст ее оценивается всего-навсего в 5-10 млн лет, и планета, конечно, не старше звезды. Радионаблюдения выявили также падение на звезду части вещества протопланетного диска. Это самая молодая экзопланета из всех обнаруженных. Кстати, радиус ее орбиты всего 6 млн км, а период обращения – 3,56 суток. Если гипотеза о выпадении на молодую звезду близких экзопланет верна, то в перспективе планету ждет очень «горячая» встреча со звездой.

Из слов о трудности обнаружения экзопланет, о малости изменений характеристик звезд, вызванных наличием планет, кто-нибудь может сделать вывод о том, что экзопланеты могут быть обнаружены лишь у звезд, находящихся поблизости от Солнца. В общем-то это большей частью так, но только слово «поблизости» надо понимать широко. Например, дальние окраины нашего звездного комплекса, выделяющегося на небе как пояс Гулда или даже соседний спиральный рукав нашей Галактики, – это тоже «поблизости». Ведь все в этом мире относительно. В качестве примера можно привести хотя бы поступившее в 2010 году сообщение об открытии экзопланеты у звезды HIP 13 044 в созвездии Печи, находящейся на расстоянии 2200 световых лет от нас. Показательно, что экзопланета была открыта не «Кеплером», а при помощи наземного астрономического оборудования, принадлежащего Европейской южной обсерватории (ESO), находящейся в Чили. Сама по себе экзопланета не очень интересна – это типичный «горячий Юпитер» с массой 1,3 массы Юпитера, средним радиусом орбиты 0,12 а.е. и периодом обращения 16 суток и 5 часов. Он даже не самый горячий из «юпитеров». Любопытна не столько экзопланета, сколько сама звезда.

Она принадлежит к «потоку Хелми» и движется вместе с подобными ей звездами не так, как полагалось бы двигаться объектам нашей Галактики. В этом и состоит разгадка: звезды «потока Хелми» некогда принадлежали карликовой эллиптической галактике, слившейся с Млечным Путем миллиарды лет назад. Мы знаем, что большинство звезд в эллиптических галактиках – старые звезды, образовавшиеся практически одновременно еще на стадии сжатия протогалактического облака и не оставившие в галактике достаточно газа для дальнейшего звездообразования. Конечно, в молодых эллиптических галактиках взрывались сверхновые, хоть в какой-то степени обогащая межзвездную среду газом и тяжелыми элементами, но второе поколение звезд получалось крайне малочисленным. Большинство звезд в эллиптических галактиках – субкарлики почтенного возраста с низким содержанием тяжелых элементов.