Гайд по астрономии. Путешествие к границам безграничного космоса
Шрифт:
С 2010 года большинство открытий, связанных с планетами, было сделано с помощью космического телескопа «Кеплер». Этот солнечный орбитальный аппарат, запущенный в марте 2009 года, обнаружил множество планет, и некоторые из них размером не превышали Землю. «Кеплер» был специально настроен на то, чтобы непрерывно снимать один участок неба, охвативший созвездия Лебедя и Лиры. В этой области находится примерно 150 000 звезд, и телескоп мог отслеживать их свет с невероятной точностью. «Кеплер» не только наблюдал за естественными переменами блеска звезды, но и фиксировал любые временные спады в световом потоке, которые могли быть вызваны планетой, проходящей по звездному диску. При помощи этих световых профилей астрономы смогли определить как периоды обращения, так и размеры транзитных экзопланет. Однако для того чтобы высчитать их массы, необходимы и спектроскопические наблюдения, которые покажут, с какой скоростью планеты обращаются вокруг
Если ограничиться лишь теми планетами, что находятся от нас в пределах 100 световых лет, то нам известно примерно 650. В их число входят планеты, обращающиеся вокруг наших ближайших соседей — Проксимы Центавра и ? Центавра В, а также вокруг других звезд, видимых невооруженным глазом. Для некоторых систем нам даже удалось получить изображения планет, которые движутся по орбите вокруг своих звезд-хозяек.
ПРОКСИМА ЦЕНТАВРА
24 августа 2016 года европейские астрономы сообщили об открытии планеты, двигавшейся по орбите вокруг Проксимы Центавра, звезды, ближайшей к нашей Солнечной системе. Этот тусклый красный карлик — отдаленный участник тройной звездной системы ? Центавра. Доказательства существования планеты были получены с использованием метода радиальных скоростей (или доплеровской спектроскопии), при котором в спектре центральной звезды наблюдалось незначительное смещение длины волны с периодом в 11,2 дня. По оценкам, масса планеты, названной Проксима Центавра b, эквивалентна по меньшей мере 1,27 массы Земли, а протяженность большой полуоси ее орбиты составляет всего 0,05 а. е. Но насколько бы поразительной нам ни казалась близость планеты к ее звезде-хозяйке, считается, что по температуре ее поверхность близка к поверхности Марса (–39 °C) из-за очень низких показателей температуры и светимости самой звезды. Возможно, здесь важнее всего то, что планетные системы Проксима Центавра и ? Центавра B наиболее близки к нашей Солнечной системе — и предоставляют наилучшие перспективы для исследования экзопланет с помощью автоматизированных космических аппаратов.
Реальное количество планет, распределенных по типам, остается неопределенным. Это связано с тем, что наиболее эффективные методы поиска планет — метод радиальных скоростей (он же метод Доплера) и метод транзитов — ориентированы на обнаружение крупных планет вблизи звезд-хозяек. Первый метод основан на том, что притяжение планеты вызывает возмущения в орбитальном движении звезды. Планеты с большей массой и/или те, что расположены ближе к своей звезде, будут вызывать самые заметные колебания. В основе второго метода — то, что планета, проходя на фоне звезды, значительно заслоняет свет последней. Чем больше планета, тем более резким будет итоговый спад общего блеска во время ее транзита. И чем ближе планета к своей звезде, тем больше вероятность того, что мы увидим, как она пройдет по диску звезды в своем истинном виде. Поэтому в текущем «урожае» экзопланет очень много планет размером с Юпитер, находящихся в пределах орбиты, эквивалентной орбите Земли.
Несмотря на эти погрешности наблюдений, астрономы нашли довольно много других планет, не столь массивных и достаточно далеких от своих звезд, что позволяет предположить наличие жидкой воды на их поверхности. Более того, полученные массы и размеры планет позволили ученым высказать догадки об их общем строении — иными словами, о том, являются ли они в основном газообразными, жидкими/ледяными или каменистыми. У нас уже есть и наглядные примеры «суперземель» с глубокими океанами, расположенными в пределах так называемой обитаемой зоны, и маленькая группа каменистых планет, подобных Земле. Между тем количество звезд с обнаруженными планетами, по-видимому, указывает на то, что почти у всех звезд должна быть хотя бы одна планета. Учитывая, сколько звезд могут странствовать по диску нашей Галактики, эта оценка предполагает, что где-то там, в космических безднах, находится от 100 до 400 миллиардов планет.
Исполняя свою миссию, «Кеплер», как мы уже упоминали, досконально исследовал весьма удаленные звезды на небольшом участке неба, устремив свои телескопы к созвездиям Лебедя и Лиры. Новая миссия с космическим телескопом TESS, запущенная в апреле 2018 года, исследует звезды, расположенные ближе к нам, — но по всему небосводу. Она уже собирает свой «урожай» в нескольких новых экзопланетных системах, которые именно по причине их близости к нам можно точнее распознать в ходе спектроскопических наблюдений, осуществляемых при помощи наземных телескопов, а теперь и космического телескопа «Джеймс Уэбб».
Чтобы узнать о звездах и их планетах более подробно, нам нужно будет
7. Галактика Млечный Путь
Предметом нашего наблюдения была сущность или материя Млечного Пути. При помощи зрительной трубы ее можно настолько ощутительно наблюдать, что все споры, которые в течение стольких веков мучили философов, уничтожаются наглядным свидетельством, и мы избавимся от многословных диспутов. Действительно, Галаксия является не чем иным, как собранием многочисленных звезд, расположенных группами. В какую бы его область ни направить зрительную трубу, сейчас же взгляду представляется громадное множество звезд, многие из которых кажутся достаточно большими и хорошо заметными. Множество же более мелких не поддается исследованию [5].
Галилео Галилей. Звездный вестник
Млечный Путь с самых давних времен поражал и пленял нас своей красотой. В ясные безлунные ночи наши восхищенные прародители поднимали взгляд к небесам и любовались блистающей призрачной лентой. Несомненно, их влекла эта изумительная картина. Неоднородный облик Млечного Пути, что раскинулся по небу от края до края, лег в основу бесчисленных мифов о происхождении нашего мира. В них Млечный Путь становился и тропой, по которой путешествуют бессмертные; и рекой, разделившей влюбленных; и шествием темных существ на светлом фоне; и молоком, пролившимся из груди богини-кормилицы.
В наши дни трудно воссоздать те чувства, которые, должно быть, испытывали наши далекие предки, глядя на Млечный Путь. Искусственное освещение почти полностью скрыло от нас величественные панорамы ночного неба. И даже в моем родном Рокпорте, штат Массачусетс, в доме, который находится на побережье и с трех сторон окружен океаном, приходится бороться со световым загрязнением от ближайших южных городов.
Границы Галактики
Со времен «звездных собраний», о которых писал Галилей, мы уже узнали, что Млечный Путь — это наш «внутренний» взгляд на сплюснутую звездную систему. Общий план нашей Галактики и та точка, с которой на нее смотрим мы, показаны на рис. 7.1. Если последовать от внутренних пределов наружу, то в строении Млечного Пути выделяются балдж, диск и гало. Солнце и Солнечная система пребывают в диске, примерно на отметке в две трети пути от балджа, расположенного в центре, к внешним областям. Плоский диск содержит почти все звезды, заметные на ночном небе; что же касается невидимых объектов, то их в нем намного больше.
Затемняющий эффект межзвездной пыли, которой заполнен диск, скрывает от нашего взгляда все, что происходит за пределами горизонта в несколько тысяч световых лет, если смотреть в направлении центра Галактики, — а он еще на 27 000 световых лет дальше. Эта пыль состоит из микроскопических крупиц ледяных силикатов и графитов, которые соседствуют со сгустками водорода и гелия, имеющими вид гигантских темных звездообразующих облаков. Свет, проходя сквозь них, теряет яркость, — и тем самым именно они в ответе за неоднородный облик Млечного Пути. По всей видимости, и сами эти облака, и звезды, рожденные в них, располагаются вдоль спиральных рукавов, хотя астрономы до сих пор не уверены, в форме какого узора должны предстать эти рукава на самом деле. Массивные облака, перемещаясь вокруг центра Млечного Пути по орбитам протяженностью в сотни миллионов лет, олицетворяют будущее нашей Галактики.
Рис. 7.1. Схематичные изображения Млечного Пути в том виде, в каком он предстает перед наблюдателями, находящимися далеко за его пределами. Эти виды основаны на сочетании наблюдений и последующих объяснительных моделей. Вверху: Млечный Путь, вид сверху. Заметны центральный балдж и звездный бар (перемычка), окруженные диском из звезд и газа, а также спиральные рукава в диске — недавние свидетельства звездообразующей активности. Также представлено расположение галактических долгот с началом отсчета в Солнце. Внизу: Млечный Путь, вид сбоку. Заметны центральный балдж / звездный бар, тонкий диск из звезд и газа, а также гало, содержащее шаровые звездные скопления (показаны) и значительное количество темной материи (не показана). Также представлено расположение галактических широт с началом отсчета в Солнце. (Источник: The Milky Way, W. H. Waller.)