(Эта иллюзия возникает из-за параллакса. Мы оцениваем расстояния, двигая головой. Близкие к нам объекты, такие как деревья, сдвигаются, как нам кажется, сильнее всего, тогда как далекие объекты, такие как горы, вообще не меняют положения. Но объекты, которые расположены непосредственно рядом с нами и движутся вместе с нами, тоже представляются нам неподвижными. Поэтому наш мозг путает удаленные объекты, такие как Луна, с близкими, такими как руль машины; в результате нам кажется, что то и другое движется, не отставая, рядом с нами. Если принять во внимание параллакс, то многие НЛО, замеченные в преследовании наших машин, на самом деле окажутся планетой Венерой.)
Со временем интерес профессора Сигер к небесам расцвел и превратился в настоящую любовь. Родители иногда покупают телескопы своим любознательным отпрыскам, но Сара приобрела себе первый телескоп сама на деньги, заработанные в летние каникулы. Она вспоминает, как в 15 лет увлеченно рассказывала двум своим друзьям о взорвавшейся звезде, получившей название «сверхновая 1987а», которая совсем недавно появилась в небе. Эта звезда вошла в историю как ближайшая к нам сверхновая после 1604 г., и Сара планировала пойти на вечеринку и отметить это редкое событие. Ее друзья, однако, были в недоумении. Они не понимали, о чем девушка говорит.
Профессор Сигер превратила свой энтузиазм и восхищение чудесами Вселенной в яркую карьеру специалиста по экзопланетам — специалиста в научной области, которой два десятилетия назад попросту не существовало, но в настоящий момент является одной из самых актуальных в астрономии.
Методы поиска экзопланет
Экзопланеты сложно разглядеть непосредственно, их ищут при помощи ряда косвенных методов. В разговоре со мной профессор Сигер подчеркнула: астрономы уверены в своих результатах, поскольку обнаруживают экзопланеты сразу несколькими различными методами. Один из самых популярных называется методом транзитов. Иногда, анализируя интенсивность света звезды, можно заметить, что периодически этот свет ослабевает. Это слабый эффект, но он указывает на присутствие планеты, которая, если смотреть с Земли, прошла перед своим светилом, затмив при этом часть его излучения. А поскольку проход планеты можно отследить, можно рассчитать и ее орбитальные параметры.
Планета размером с Юпитер снизит светимость звезды, подобной нашему Солнцу, примерно на 1 %. Для землеподобной планеты снижение составит 0,008 %. Примерно настолько ослабит свет автомобильной фары комар, пролетевший перед ней. К счастью, как объясняет профессор Сигер, наши инструменты настолько чувствительны и точны, что могут улавливать малейшие изменения светимости, связанные с прохождением нескольких планет; по их данным можно доказывать существование целых солнечных систем. Однако не все экзопланеты проходят перед звездой для наблюдателя с Земли. Орбиты некоторых из них наклонены, и такие планеты невозможно обнаружить транзитным методом.
Еще один популярный метод связан с фиксацией радиальной скорости — это доплеровский метод. Астрономы высматривают звезды, которые как бы регулярно движутся вперед и назад. Если у звезды имеется большая планета размером с Юпитер, то на самом деле звезда и планета обращаются друг вокруг друга. Представьте себе вращающуюся гантель: две массы, представляющие центральную звезду и ее «Юпитер», обращаются вокруг общего центра.
Планета размером с Юпитер невидима с большого расстояния, но ее наличие можно с математической точностью определить по отклонениям в движении ее звезды. Доплеровский метод позволяет вычислить скорость этого движения. К примеру, если желтая звезда движется по направлению к нам, световые волны сжимаются, как меха аккордеона, и желтый свет становится слегка голубоватым. Если она движется от нас, свет растягивается и слегка краснеет. Скорость звезды можно определить по тому, насколько меняется частота света при движении звезды вперед и назад по отношению к детектору. Аналогичный процесс происходит, когда полиция направляет на вашу машину радар: изменения в отраженном излучении позволяют судить о том, с какой скоростью вы едете.
Кроме того, тщательное наблюдение за центральной звездой на протяжении нескольких недель или даже месяцев позволяет ученым оценить массу планеты при помощи закона всемирного тяготения Ньютона. Доплеровский метод утомителен, но именно он в 1992 г. позволил обнаружить первую экзопланету (и вызвал энтузиазм у устремившихся на поиски астрономов). Проще всего было отыскивать планеты размером с Юпитер, поскольку самые крупные объекты соответствуют максимальной амплитуде движения центральной звезды.
Метод транзитов и доплеровский метод — основные способы обнаружения внесолнечных планет, но в последнее время было предложено еще несколько методов. Один из этих методов — непосредственные наблюдения, которые, как уже упоминалось, осуществить очень непросто. Однако профессор Сигер с энтузиазмом отозвалась о планах НАСА по разработке космических зондов, способных тщательно и точно заслонить свет центральной звезды, который, собственно, и не позволяет визуально обнаружить планету.
Еще одним перспективным альтернативным методом поиска экзопланет может стать метод гравитационного линзирования, хотя работает он только в тех случаях, когда Земля, экзопланета и ее центральная звезда располагаются строго на одной линии. Из теории гравитации Эйнштейна мы знаем, что свет, проходя мимо небесного тела, может искривляться, поскольку большая масса обладает способностью изменять ткань пространства-времени вокруг себя. Даже если объект для нас невидим, он, как прозрачное стекло, изменяет траекторию света. Если планета пройдет непосредственно перед далекой звездой, свет звезды исказится и образует кольцо. Такой рисунок света называется кольцом Эйнштейна и свидетельствует о присутствии значительной массы между наблюдателем и звездой.
Результаты работы космического телескопа «Кеплер»
Серьезным прорывом в поиске внесолнечных планет транзитным методом стал запуск в 2009 г. космического телескопа «Кеплер»[49]. О таком успехе астрономическое сообщество не могло и мечтать. Наряду с другим космическим телескопом «Хаббл» телескоп «Кеплер» стал, вероятно, самым успешным устройством сбора информации в истории космических полетов. Это чудо инженерной мысли весит около 1050 кг, оборудовано массивным зеркалом диаметром около 140 см и целым набором новейших высокотехнологичных датчиков. Эффективнее всего телескоп собирает данные, если подолгу направлен на одну и ту же точку в пространстве, поэтому летает он не по околоземной, а по околосолнечной орбите. Заняв в глубоком космосе рабочую позицию, которая может отстоять от Земли на 100 млн км, «Кеплер» при помощи набора гироскопов должен был быть постоянно наведен на 1/400 часть небесной сферы — небольшой участок в направлении созвездий Лебедя, Лиры и Дракона. На этом крохотном участке неба «Кеплер» проанализировал около 200 000 звезд, открыв тысячи внесолнечных планет. Полученные им данные заставили ученых пересмотреть наше положение во Вселенной.
Вместо других солнечных систем, похожих на нашу, астрономы увидели нечто совершенно неожиданное:
