Книга: Математика космоса [Как современная наука расшифровывает Вселенную]

* * *

Но косвенные доводы — это здорово, конечно, но слон в комнате заметен прежде всего своим отсутствием. До самого недавнего времени у нас не было никаких наблюдательных данных в пользу того, что еще хотя бы у одной звезды имеются планеты. В 1952 году Отто Струве предложил практический метод регистрации экзопланет, но прошло 40 лет, прежде чем этот метод принес первые плоды. В главе 1 мы говорили о том, что Земля и Луна ведут себя как танцоры разных весовых категорий — толстяк, танцующий с ребенком. Ребенок кружит вокруг партнера, чуть не летает, а толстяк лишь переступает и поворачивается на месте. То же можно сказать и о планете, обращающейся вокруг звезды: легковесная планета движется вокруг по большому эллипсу, тогда как массивная звезда всего лишь чуть покачивается.

Струве предложил использовать спектроскоп для регистрации этих колебаний. Из-за эффекта Доплера любое движение звезды слегка сдвигает ее спектральные линии. Величина сдвига указывает на скорость звезды; вывод о присутствии летающего вокруг ребенка можно сделать, наблюдая за тем, как покачивается толстяк. Этот метод работает даже тогда, когда планет несколько: звезда все равно покачивается, хотя и более сложным образом. На рисунке показано, как покачивается Солнце. Большая часть этого движения вызвана Юпитером, но и остальные планеты вносят свой вклад. Размах колебаний примерно соответствует трем радиусам Солнца.

Предложенная Струве методика доплеровской спектроскопии позволила Александру Вольщану и Дейлу Фрейлу в 1992 году достоверно обнаружить первую в истории экзопланету. Центральное тело относится к интересному типу звездных объектов, известных как пульсары. Эти тела характерны тем, что испускают частые и регулярные радиоимпульсы. В настоящее время мы считаем пульсары быстро вращающимися нейтронными звездами, названными так потому, что основную часть их вещества составляют нейтроны. Вольщан и Фрейл проанализировали методами радиоастрономии крохотные колебания в частоте импульсов, излученных пульсаром PSR 1257+12, и сделали вывод о существовании около него по крайней мере двух планет. Эти планеты слегка изменяют его наблюдаемую скорость вращения и тем самым оказывают влияние на распределение импульсов во времени. Их результат был подтвержден в 1994 году, и тогда же было установлено присутствие в системе третьей планеты.

Пульсары — довольно необычные звезды, и, в сущности, они не сообщают нам ничего существенного об обычных звездах. Но вскоре и обычные звезды начали раскрывать ученым свои секреты. В 1995 году Мишель Майор и Дидье Кело открыли экзопланету у звезды 51 Пегаса — звезды того же спектрального класса (G), что и Солнце. Позже оказалось, что обе группы проиграли гонку — еще в 1988 году Брюс Кэмпбелл, Гордон Уокер и Стивенсон Янг отметили подозрительные колебания звезды ? Цефея. Поскольку результаты были получены на пределе чувствительности приборов, исследователи не стали объявлять об обнаружении планеты, но уже через несколько лет появились новые данные, и астрономы пришли к выводу, что эта группа видела-таки экзопланету. Окончательно ее существование удалось подтвердить в 2003 году.

Сегодня нам известно более 2000 экзопланет — их число (на 1 июня 2016 года) составляет 3422 планеты в 2560 планетных системах, включая 582 системы с двумя и более планетами[69]. Плюс к тому имеются тысячи систем-кандидатов, наличие планет в которых еще предстоит окончательно подтвердить. Иногда, правда, признаки, считавшиеся ранее свидетельством наличия планет, находят иное объяснение и начинают интерпретироваться по-новому, зато кандидаты идут буквально потоком — так что эти цифры могут меняться как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения. В 2012 году было объявлено, что одна из звезд в ближайшей к нам системе двойной звезды ? Центавра имеет планету размером с Землю, но намного горячее. На данный момент похоже, что этой планеты — она получила обозначение ? Центавра Bb — на самом деле не существует, что это артефакт анализа данных. Однако за это время в той же системе у той же звезды был обнаружен еще один кандидат в экзопланеты — ? Центавра Bc. У звезды Глизе 1132 — красного карлика в 39 световых годах от нас — определенно есть планета, GJ 1132b, которая вызвала сильное возбуждение в ученом сообществе, ведь по размеру эта планета примерно соответствует Земле (хотя слишком горяча, чтобы на ней была жидкая вода) и находится достаточно близко, чтобы можно было наблюдать ее атмосферу. В пределах нескольких десятков световых лет от нас планет много. В этом смысле мы не одиноки.

Поначалу единственным, что мы могли наблюдать, были «горячие Юпитеры» — массивные планеты, очень близкие к своим звездам. Конечно, это создавало превратное впечатление о том, какого типа миры мы можем встретить в открытом космосе. Но техника модернизируется, ее чувствительность стремительно растет, и сегодня мы можем регистрировать планеты размером с Землю. Кроме того, при помощи спектроскопии мы начинаем потихоньку выяснять, есть ли на них атмосфера или вода. Статистические данные свидетельствуют, что в нашей Галактике, да и во Вселенной в целом, планетные системы — дело обычное и землеподобных[70] планет на землеподобных орбитах вокруг солнцеподобных звезд, хотя их доля и невелика, насчитываются миллиарды.