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.