Существует множество планет, отличных от тех, которые мы видим в Солнечной системе: https://postnauka.ru/faq/94283

Астрофизик Дидье Кело о способах обнаружения экзопланет, миссии телескопа «Кеплер» и трудностях при съемке планет вокруг других звезд

История одного из методов обнаружения экзопланет началась 20 лет назад и связана с использованием спектроскопии. В атмосфере звезды содержится много атомов, а радужный спектр отражает их особенности. Звезда, вокруг которой вращается планета, движется, и спектр возможно использовать, чтобы зарегистрировать это движение. За этим стоит эффект Доплера, который связывает изменение цвета с изменением скорости.

Спектроскопии около ста лет, а эффекту Доплера еще больше. Почему нам пришлось столько ждать, чтобы найти экзопланету? Движение, которое необходимо зарегистрировать, крайне мало – настолько, что его амплитуду почти невозможно измерить. Это как слепому пытаться начать видеть лучше. Нужна очень сложная стратегия обнаружения такого движения, при этом любые самые незначительные перемены, например, в температуре или давлении сильнее влияют на спектр звезды.

В последнее время появилось несколько технологий, которые смогли нам помочь. Первая — компьютеры, с которыми в конце 1980-х годов пришли и детекторы. Мы используем электронные детекторы, которые изначально были очень маленькими, но со временем становились все крупнее, чтобы записать большой спектр.

Из телекоммуникаций мы позаимствовали оптическое волокно, позволяющее передавать свет, и это привело к крупным изменениям. Долгое время астрономам приходилось всю ночь проводить в обсерватории, поскольку только через телескопы они могли наблюдать за звездами и фиксировать данные. С оптическим волокном таких проблем нет, потому что его можно присоединить к телескопу, а дальше передать полученный поток звездного света на аппаратуру, расположенную под землей. Инструменты больше не висят на телескопе, не движутся, вся аппаратура стабильна.

Оптическое волокно и детекторы — два основных компонента, которые позволили совершить прорыв в поиске экзопланет. Кроме того, появились и новые математические способы вычисления скорости при небольшой амплитуде движения, а также множество способов фиксации изменений в спектрографе.

Итак, все эти компоненты появились чуть больше чем 20 лет назад. Основываясь на этих компонентах, я настроил новую машину на телескопе, расположенном на юге Франции. Машина называлась ELODIE, и это был спектрограф, при помощи которого мы обнаружили первую экзопланету около другой звезды. Мы по-прежнему используем подобные технологии, но они сильно улучшились. Теперь мы можем фиксировать мельчайшие изменения — движения чего-то непомерно маленького в бескрайних просторах космоса. В течение 20 лет в этой технологии произошел невероятный прорыв. Изначально мы едва могли обнаружить планету вроде Юпитера, но теперь мы регистрируем планеты, сравнимые по массе с Землей. Они все еще должны быть близко к звезде, так что мы по-прежнему ограничены в технологиях. Мы не можем увидеть или зарегистрировать планету вроде Земли на том расстоянии от звезды, на которое Земля удалена от Солнца, но мы над этим работаем, и скоро это будет возможно.

С помощью этих технологий можно узнать период обращения планеты, расстояние между планетой и звездой, а также минимальную массу, которая крайне близка к массе планеты. Этот способ интересно объединить с совершенно другой техникой — транзитом, прохождением одного небесного тела перед другим для наблюдателя с Земли. По тени от планеты на звезде мы получаем соотношение их размеров. Если мы узнаем массу, то сможем определить и плотность, что для физиков будет невероятной удачей, ведь это дает возможность определить состав планеты. Если плотность планеты близка к плотности воды, это не может быть планета земного типа: для этого ей нужно иметь плотность как у силикатов или камней.

С помощью миссии COROT открыли первую каменную экзопланету. Затем большая, системная миссия «Кеплер» от NASA позволила сделать колоссальный прорыв, и мы смогли зарегистрировать намного больше планет, чем при помощи COROT. «Кеплер» позволил нам составить черновую картину того, насколько планеты разнообразны, и дал возможность открыть около четырех тысяч планет. Так мы поняли, что существует намного больше планет размером с Землю, чем размером с Юпитер. Мы также знаем, что если где-то есть планета, то с большой долей вероятности там будет вторая, третья, четвертая, ведь все планеты существуют системами.

Объединив размер и массу, проведя системное исследование и получив доступ к мультипланетным системам, мы стали понимать, что существует множество планет, отличных от тех, которые мы видим в Солнечной системе. При помощи транзитного метода мы обнаружили множество планет, расположенных ближе к своей звезде, чем в нашей системе. Транзит — это, по определению, чувствительный к расстояниям метод.

Мы поняли, что около 50% звезд имеют планеты размером с Землю, расположенные невероятно близко к ним, что сказывается на их периоде обращения. Он может составлять от двух до двадцати дней. Это знание радикально изменило наше представление о разнообразии планет во Вселенной, поскольку, если бы вы кого-то спросили 20 лет назад, вам бы ответили: «Ну, все планеты должны выглядеть так же, как в Солнечной системе». Некоторые даже говорили, что при помощи транзитного метода или доплеровской спектроскопии невозможно зафиксировать ни одну планету, поскольку эти методы очень чувствительны к планетам, расположенным близко к звездам. Но если взять планеты вроде Земли или Юпитера, то окажется, что они расположены слишком далеко, и их труднее увидеть, поскольку амплитуду сигнала, движение звезды, влияние тени в таком случае установить намного сложнее.

Сегодня нам известны тысячи экзопланет, большинство из которых отличаются от планет Солнечной системы. Большинство данных о них обнаружены благодаря двум методам — транзиту и спектроскопии.

В будущем мы хотим получить фотографии планет. Сегодня есть несколько снимков, но из-за яркого света их крайне сложно сделать. Чтобы получить фотографию планеты, нужно подавить свет звезды и разобраться с размытием атмосферы. Между нами, телескопами и небом есть атмосфера Земли, которая немного движется. Чтобы нивелировать все эти эффекты, попытаться заморозить картинку и повысить ее качество, используются особые уловки — активная оптика. Такими способами получили первые изображения планетной системы, сейчас конструируется новая серия телескопов с большими зеркалами. Мы надеемся, что с их помощью и методами, которые уже применяли для создания фотографий, мы добьемся больших успехов и следующее большое открытие в области экзопланет придет не от измерения скорости или транзита, а из прямых изображений этих миров. И с ними мы получим информацию об атмосферах на планетах, обращающихся вокруг других звезд.

Источник: postnauka.ru