5 реальных вещей, до которых не додумалась научная фантастика

Методы поиска экзопланет:

 

1.Метод Доплера—спектрометрическое измерение радиальной скорости звезды. Это самый распространённый метод. С его помощью можно обнаружить планеты с массой не меньше нескольких масс Земли, расположенные в непосредственной близости от звезды, и планеты-гиганты с периодами до примерно 10 лет. Планета, обращаясь вокруг звезды, как бы раскачивает её, и мы можем наблюдать доплеровское смещение спектра звезды. Этот метод позволяет определить амплитуду колебаний радиальной скорости для пары «звезда — одиночная планета», массу планеты, период обращения,эксцентриситет и нижнюю границу значения массы экзопланеты. Угол между нормальюк орбитальной плоскости планеты и направлением на Землю современные методы измерить не позволяют. На ноябрь 2011 года этим методом зарегистрировано 647 планет.

2.Транзитный метод связан с прохождением планеты на фоне звезды. В этот момент светимость звезды уменьшается. Метод позволяет определить размеры планеты, а в сочетании с методом Доплера— плотность планет. Дает информацию о наличии и составе атмосферы. Следует понимать, что этим методом можно обнаружить лишь те планеты, орбита которых лежит в одной плоскости с точкой наблюдения. На ноябрь 2011 года обнаружено 185 планет.

3.Метод гравитационного микролинзирования. Между наблюдаемым объектом (звездой, галактикой) и наблюдателем на Земле должна быть другая звезда (она выступает в роли линзы), фокусирующая своим гравитационным полем свет наблюдаемой звёздной системы. Если у звезды-линзы есть планеты, то появляется асимметричная кривая блеска и возможно отсутствие ахроматичности. У этого метода крайне ограниченное применение. Метод чувствителен к планетам с малой массой, вплоть до земной. На сентябрь 2011 года было открыто 13 планет.

4.Астрометрический метод. Основан на изменении собственного движения звезды под гравитационным воздействием планеты. С помощью астрометрии были уточнены массы некоторых экзопланет, в частности, Эпсилона Эридана b. Будущее этого метода связано с орбитальными миссиями, такими, как SIM.

5.Радионаблюдение пульсаров. Если вокруг пульсара вращаются планеты, то излучаемый сигнал имеет осциллирующий характер. Мощные направленные пучки излучения образуют в пространстве конические поверхности. Если на такой поверхности окажется Земля, тогда возможно зарегистрировать данное излучение. На март 2010 года у двух пульсаров найдено пять планет (3+2).

6.Прямое наблюдение. На сегодняшний день ни один современный телескоп не позволяет напрямую наблюдать экзопланету. Это связанно с тем, что свет от планеты в миллиарды раз слабее, чем свет от звезды, а с учётом огромных астрономических расстояний — это сравнимо с тем, что пытаться разглядеть свет от свечи на фоне огромного города огней. Предполагается, что космический телескоп имени Джеймса Вебба благодаря огромному зеркалу 6,5 м и высокой разрешающей способности, возможно, станет первым телескопом, способным напрямую обнаруживать экзопланеты, а также подробно изучать состав их атмосфер.

Изучение открытых экзопланет:

 

Астрофизика экзопланет сейчас, наверное, самая бурно развивающаяся область астрофизики.
Как же сейчас изучают экзопланеты? С одной стороны, нам все-таки довольно трудно получать какую-то детальную информацию об экзопланетах, поэтому очень часто речь идет именно об открытии. Люди разными способами пытаются открыть экзопланеты: измеряют скорость движения звезды, находят невидимые легкие спутники, наблюдают транзиты (прохождения планет по диску звезды), изучают тайминг двойных систем, радиопульсаров или пульсирующих белых карликов, используют гравитационное линзирование. Все это используется для обнаружения экзопланет.

Но можно показать, что, действительно, даже если взять самый экзотичный способ — это транзиты, для чего, как правило, необходимы космические аппараты, — можно использовать не только большие специализированные спутники типа «Кеплер» стоимостью под миллиард долларов. Почти одновременно с «Кеплером», чуть раньше, был запущен небольшой европейский спутник COROT, который изначально был предназначен для звездной астрофизики — небольшой аппарат для такой немагистральной области астрономии, он должен был изучать пульсации звезд. Но, когда проект уже был готов, начали открывать первые экзопланеты. И люди сообразили, что можно немного изменить программу наблюдений и начать открывать экзопланеты. Они успели это сделать, и таким образом до «Кеплера», первого суперинструмента, супермашины для открытия экзопланет, успели снять сливки, открыли несколько очень интересных объектов, а потом пришел «Кеплер» и открыл много.
Но, даже когда был «Кеплер», канадцы запустили маленький телескоп — сам спутник размером примерно с ведро — для наблюдения достаточно ярких звезд с целью поиска экзопланет. И едва ли не первая экзопланета вокруг звезды, которую можно видеть невооруженным глазом, была открыта с помощью этого маленького недорогого приборчика. Впервые стало возможным выйти ночью и сказать: «А вот вокруг той звезды крутится экзопланета».

В некоторых случаях люди все-таки могут получать дополнительную информацию об экзопланете, не только определять расстояние от звезды, период обращения, массу и размер. Кстати, не всегда массу и размер удается определить одновременно, что само представляет интересную отдельную задачу, поскольку измерения массы и радиуса делаются совершенно разными методами.

Кроме этого, иногда удается получить дополнительную информацию. Уже в XXI веке люди научились получать спектры экзопланет. Пока речь идет только о крупных планетах, но тем не менее это все равно большой прорыв. Мы действительно можем определять, из чего состоят атмосферы этих планет. Это помогает гораздо лучше строить модели этих объектов, а надо отметить, что мы все-таки не очень хорошо представляем себе, как устроены внутри гигантские планеты даже у нас, в Солнечной системе.

Но в некоторых случаях такие спектральные измерения помогают получить очень интересные данные. Например, люди видят диски вокруг белых карликов, которые образовались в результате разрушения планеты. Часть вещества выпадает на сам белый карлик, и таким образом мы можем узнавать состав вещества этого диска. В одном случае удалось показать, что была разрушена каменная планета с достаточно большим содержанием воды. Конечно, это не то же самое, что прямо открыть каменную планету с большим содержанием воды в ней. Тем не менее это важный результат, показывающий, что такие планеты в принципе существуют.

Мы можем не только изучать спектры с целью определения состава атмосфер, но даже получать интересные результаты, когда никаких линий в спектре не видим. Одно из таких измерений позволило доказать, что одна из сверхземель покрыта очень плотной газовой оболочкой и поверхность сплошь закрыта облаками. Идея довольно простая: если бы в облаках были прогалы или облаков вообще не было, была бы такая довольно прозрачная атмосфера, то мы бы видели линии в спектре. Свет звезды попадал бы в атмосферу, отражался, выходил бы наружу, и по дороге возникали бы эти линии. А никаких линий не видно. Как ни странно, отрицательный результат дает интересную положительную информацию: вся планета сплошь покрыта облаками, и поэтому свет просто не попадает внутрь атмосферы, чтобы потом вернуться к нам.

Планеты изучают в разных диапазонах спектра. Кроме оптического очень активно используют инфракрасное наблюдение. Связано это с тем, что очень часто температура экзопланет составляет сотни или тысячи градусов. Планета может быть горячей или потому, что она находится очень близко от своей звезды, или потому, что она образовалась относительно недавно, продолжает сжиматься и поэтому сама себя греет, излучает больше света, чем поглощает от звезды. И такие инфракрасные наблюдения помогают много интересного узнать о многих крупных планетах. Правда, проводить их все равно оказывается лучше из космоса, и самые интересные результаты были получены на космической обсерватории имени Спитцера.

Так вот спутник «Спитцер» получил два интересных результата. Во-первых, удалось регистрировать инфракрасные излучения от экзопланет. Излучения можно выделить, потому что планета периодически оказывается то перед звездой, то за звездой. И мы можем, имея несколько наблюдений, вычесть одно из другого и получить в качестве остатка излучение самой экзопланеты. Такие измерения помогают больше узнать о структуре этих объектов и уточнить модели.

Наконец, совсем в уникальном случае удалось, как пишут, построить карту экзопланеты.

Здесь, конечно, есть некое преувеличение, это совсем не похоже на глобус политической карты мира. Но за счет того, что мы не просто видим планету то перед звездой, то за звездой, а видим процесс, как планета уходит за звезду, и в ходе этого процесса получаем измерения, звезда как бы сканирует планету, и мы можем получить распределение температуры по поверхности.

Это наблюдение иллюстрирует, наверное, предел современных технических возможностей. Люди смогли получить распределение температуры по поверхности экзопланеты, показали, что это распределение неравномерное, что, впрочем, и ожидалось — это планета-гигант, соответственно, у нее мощная газовая оболочка, там происходят конвективные процессы: теплый газ поднимается наверх, холодный газ опускается вниз, поэтому где-то должно быть горячее, где-то холоднее. Но одно дело — иметь что-то в теории, в компьютерных моделях, и совсем другое — измерить это непосредственно.

Наконец, очень большая часть современной работы по изучению экзопланет — это работа с огромным количеством кандидатов в экзопланеты, которые открыл спутник «Кеплер», — собственно, планеты с номером Kepler-186 или 91, еще не добрались до 200. Но «Кеплер», который закончил свою основную программу и уже не работает в штатном режиме, оставил нам в наследство около 20 тысяч кандидатов в экзопланеты, и с этими данными можно и нужно работать.

Во-первых, их просто анализируют, в том числе и непрофессионалы. Есть специальный проект, когда люди могут зайти на сайт, прочесть инструкцию по работе с данными «Кеплера», работать с ними и открывать экзопланеты. Иногда обнаруживаются совершенно удивительные объекты. Например, планета вокруг двойной звезды в четверной системе открыта как раз непрофессионалом, который работал с данными «Кеплера». Но важная работа состоит просто в подтверждении планетного статуса различных объектов, обнаруженных «Кеплером», и здесь работы хватит на всех. К счастью, многое можно сделать на небольших инструментах, которых в мире не один-два, а многие десятки.

Таким образом, современные исследования экзопланет проходят на очень разном уровне: от совсем небольших телескопов, которые доступны едва ли не любителям, до самых больших наземных телескопов и специализированных космических аппаратов.