Наука Плоского мира - Йен Стюарт

Если вы – живое существо, хотя бы отчасти традиционного телосложения, вы решительно не захотите жить рядом с пульсаром. Его синхротронное излучение занимает широкий волновой диапазон, от видимого света до рентгеновских лучей, а Минздрав предупреждает, что рентгеновское излучение может серьезно навредить вашему здоровью. Впрочем, ни один астроном никогда всерьез не предполагал, что пульсары могут иметь планеты. Если большая звезда коллапсирует в невообразимо плотную нейтронную, последняя наверняка затянет в себя все, что только находится поблизости, ведь так?

А может, и нет. В 1991 году Мэттью Бэйлз объявил, что обнаружил планету, вращающуюся вокруг пульсара PSR 1829–10. Ее масса равна массе Урана, а находится она от него на расстоянии, примерно равном расстоянию от Солнца до Венеры. Известные пульсары, да и все остальные звезды, даже самые близкие, располагаются слишком далеко, чтобы мы могли непосредственно наблюдать их планеты. Тем не менее отличить звезду с планетами можно, наблюдая за ее мерцанием по ходу движения. Звезды ведь не стоят в небе точно вкопанные, наоборот, они куда-то движутся, скорее всего влекомые гравитационным притяжением Вселенной в целом, которого вполне достаточно, чтобы тянуть отдельные звезды в том или ином направлении. Большинство звезд движется почти по прямым линиям, в то время как звезда с планетами – словно водят хоровод. Планеты вращаются вокруг звезды, она отклоняется в ту или в другую сторону, и ее путь становится немного похожим на волнистую линию. Если один «танцор» – большой и массивный, а другой – в весе мухи, то второй может сколько угодно кружиться вокруг первого: ему вряд ли удастся сдвинуть его с места. Если же весовые категории «танцоров» равны – оба будут вращаться вокруг общего центра. Понаблюдав за отклонениями в движении, вы сможете сделать обоснованный вывод о массе окружающих звезду планет и о дистанциях, на которых расположены их орбиты.

Впервые эта методика хорошо зарекомендовала себя для обнаружения двойных звезд: когда второй партнер по танцу – другая звезда, отклонения в движении становятся особенно заметными, так как звезды куда массивнее планет. По мере совершенствования аппаратуры стало возможным регистрировать даже незначительные колебания, вызванные существенно менее крупным соседом. И вот тогда Бэйлз и обнаружил, что у пульсара PSR 1829–10 имеется компаньон и, судя по массе, это – планета. Конечно, наблюдать отклонения непосредственно он не мог, зато зафиксировал легкие изменения в периодах пульсаций. Однако период вращения предполагаемой планеты вызвал легкое недоумение: он составлял ровно шесть земных месяцев. Слишком странное совпадение. Быстро выяснилось, что измения в пульсациях вызваны куда более близкой к нам планетой, а точнее – Землей. Приборы улавливали отклонения на этом конце, а не на стороне пульсара.

Едва страсти вокруг «обнаруженной» у пульсара планеты начали утихать, как Александр Вольщан и Дэйл Фрейл объявили об открытии сразу двух планет, вращающихся вокруг пульсара PSR 1257+12. Надо же! Солнечная система пульсара, причем с двумя планетами! Колебания звезды с двумя партнерами по танцу намного более замысловаты, и их трудно перепутать с помехами в сигнале, генерируемыми чем-то на стороне приемника, вроде движения Земли. Пока что второе открытие выглядит достаточно правдоподобно, если, конечно, пульсары не могут изменять свой исходящий сигнал в подобной манере даже и в отсутствие близлежащей планеты. Может быть, сами радиоволны немного осциллируют? Поскольку мы не можем сходить туда и проверить все лично, приходится как-то разбираться с этим, не выходя из дома. И знаете, пока все выглядит разумно.

За пределами Солнечной системы существуют и другие отдаленные планеты. Однако интерес представляют прежде всего те, которые пригодны для жизни, а планеты, соседствующие с пульсарами с их рентгеновским излучением, в это число явно не входят, особенно если вы планируете пожить подольше. Да, теперь нам известно, что и у обычных звезд имеются планеты. В октябре 1995 года Мишель Майор и Дидье Квелоц заметили колебания в движении 51‑й звезды созвездия Пегаса, которые могли быть вызваны планетой примерно в половину массы Юпитера. Их наблюдения подтвердили Жоффрей Марси и Пол Батлер, обнаружив еще две планеты. Одна – в семь раз массивнее Юпитера – находится близ 70‑й звезды созвездия Девы; вторая – в два-три раза массивнее Юпитера – вращается около 47‑й звезды Большой Медведицы.

К 1996 году было открыто семь таких планет, а к моменту написания этой книги – уже семьдесят. При этом использовался как метод поиска отклонений в движении, так и наблюдение за осцилляциями излучаемого звездой света в результате его отражения проходящей поблизости планетой. Теоретические расчеты показывают, что, усовершенствовав телескопы, можно будет определить и скорость вращения планеты. Но даже сейчас новые экстрасолярные планеты (экзопланеты) открывают чуть ли не каждую неделю. Точное их количество неизвестно, потому что довольно часто астрономы обнаруживают ошибки в предыдущих измерениях, что ставит под сомнение существование уже кому-то полюбившейся новой планеты, однако общая тенденция сохраняется. И наш ближайший солнцеподобный сосед, Эпсилон Эридана, как стало известно в 1998 году благодаря наблюдениям Джеймса Гривза и его коллег, также окружен пылевым облаком, подобным солнечному облаку Оорта. Правда, никаких колебаний там не видно, следовательно, масса планеты должна быть раза в три меньше массы Юпитера. Годом ранее Дэвид Триллинг и Роберт Браун заметили похожее облако вокруг 55‑й звезды созвездия Рака, которая к тому же колеблется, что означает наличие у нее планеты массой в 1,9 массы Юпитера. Это практически исключает иное объяснение вроде наличия невидимого компаньона, например, коричневого карлика (погасшей звезды).

И хотя нынешние телескопы не могут различить экзопланету непосредственно, телескопы будущего наверняка это смогут. Привычные нам астрономические телескопы используют большое, слегка вогнутое зеркало для фокусировки входящего света, а также линзы и призмы для создания изображения и передачи его на фотопластину, на месте которой когда-то был окуляр, в который глядел астроном. Сейчас в качестве фотопластины используется прибор с зарядовой связью (ПЗС-матрица), чувствительный электронный детектор света, соединенный с компьютером. Чтобы увидеть планету около отдаленной звезды, обычному телескопу потребовалось бы огромное зеркало диаметром 100 ярдов (примерно 100 метров), тогда как самое большое зеркало, существующее на данный момент, достигает лишь трети этого размера. А для того чтобы рассмотреть какие-то детали инопланетного мира, необходимо зеркало еще больших размеров, то есть воплотить подобное на практике просто невозможно.

Но вы же не обязаны использовать один-единственный телескоп, не так ли?

И технология, называемая интерферометрией, в принципе позволяет это сделать, заменив одно 100‑метровое зеркало двумя зеркалами поменьше, находящимися в ста метрах друг от друга. Оба таких зеркала создают картинку одной и той же звезды или планеты, а входящие световые волны, формирующие изображения, тщательно синхронизируются и суммируются. Такая двухзеркальная система собирает меньше света, чем полноразмерное стоярдовое зеркало, однако детальное разрешение оказывается таким же. К тому же современная электроника в состоянии усилить даже ничтожное количество входящего света. Во всяком случае, сейчас используются уже десятки маленьких зеркал, а также преогромное количество хитростей и всяческих уловок, чтобы синхронизировать эти зеркала между собой и точно совместить изображения, которые они получают.

Радиоастрономы уже давно пользуются таким способом. Наибольшей технической трудностью здесь является удержание для всех этих небольших телескопов одинакового расстояния от звезды до ее изображений с точностью до длины волны. Для оптической астрономии подобная техника относительно нова, так как длина волны оптического диапазона намного короче радиоволн, однако главная проблема с видимым светом состоит в том, что не стоит и пытаться соорудить подобную систему на Земле. Земная атмосфера находится в постоянном турбулентном движении, искривляя падающий свет самым непредсказуемым образом. Даже очень мощные телескопы, установленные на Земле, показывают размытую картинку, именно поэтому космический телескоп «Хаббл» и находится на орбите Земли. Его преемник, Космический телескоп нового поколения[36], будет запущен уже на орбиту Солнца за миллионы миль от Земли. Его нужно будет аккуратнейшим образом разместить в так называемой точке Лагранжа L2, то есть в таком месте на воображаемой линии, соединяющей Солнце и Землю, но чуть дальше, где земное притяжение, притяжение Солнца и центробежная сила, действующие на телескоп, окажутся взаимно скомпенсированными. Конструкция «Хаббла» включает в себя массивную трубу, защищающую аппарат от ненужного света, особенно отраженного от нашей планеты. Тогда как в точке L2 намного темнее, и можно будет отказаться от громоздкой трубы, сэкономив топливо для запуска. Кроме того, в этой точке гораздо холоднее, чем на низкой околоземной орбите, а следовательно, работа инфракрасного телескопа будет намного эффективнее.