Разведка далеких планет - Владимир Сурдин

Термин «горячий юпитер» стал настолько привычным, что никого уже особенно не удивило открытие в 2009 г. планеты WASP-18b, имеющей массу 10 Mj и обращающейся по почти круговой орбите на расстоянии 0,02 а. е. от своей звезды. Орбитальный период этой планеты составляет всего 23 часа! Учитывая, что звезда WASP-18 (HD 10069) имеет спектральный класс F9 и обладает большей светимостью, чем Солнце, температура поверхности планеты должна достигать 3800 К: это уже не просто «горячий», а «раскаленный юпитер». Из‑за близости к звезде и своей большой массы планета вызывает сильные приливные возмущения на поверхности звезды, которые, в свою очередь, тормозят планету и в будущем приведут к ее падению на звезду.

Фотографии экзопланет

Несмотря на огромные трудности, астрономам все же удалось сфотографировать экзопланеты уже имеющимися средствами! Правда, средства эти были лучшими из лучших: орбитальный телескоп «Хаббл» и крупнейшие наземные инструменты (8^ 10–метровые телескопы «Кек», «Джемини» и «Очень большой телескоп»). Среди технических ухищрений — заслонка, отсекающая свет звезды, и светофильтры, пропускающие в основном инфракрасное излучение планеты в диапазоне длин волн 2–4 мкм, что соответствует температуре примерно 1000 К (в этом диапазоне планета выглядит более контрастно по отношению к звезде).

Начиная с 2004 г. получено несколько изображений экзопланет Каталог экзопланет, изображения которых получены[6], содержит уже 11 планет в 9 системах. Например, в протопланетном диске, окружающем молодую звезду β Живописца, сфотографирована планета, весьма похожая на Юпитер, только массивнее. Ситуация там напоминает молодую Солнечную систему, в которой новорожденный Юпитер активно влиял на формирование в околосолнечном диске остальных планет. Наблюдать этот процесс «вживую» — мечта всех специалистов по планетной космогонии.

В конце 2008 г. важные открытия почти одновременно сделали две группы американских и канадских ученых. Космическим телескопом «Хаббл» удалось сфотографировать планету на внешнем крае пылевого диска, окружающего яркую звезду Фомальгаут (а Южной Рыбы). Хотя эта звезда светит почти в 20 раз мощнее Солнца, она не могла бы столь сильно осветить свою планету, чтобы сделать ее заметной с Земли. Ведь обнаруженная планета находится от Фомальгаута в 115 раз дальше, чем Земля от Солнца. Поэтому астрономы предполагают, что планета окружена гигантским отражающим свет кольцом, намного превосходящим кольца Сатурна. В нем, по — видимому, формируются спутники этой планеты, как в эпоху юности Солнечной системы формировались спутники планет — гигантов.

Рис. 6.8. Планета 2М1207 b (слева). Это первое изображение планеты, находящейся за пределами Солнечной системы. Она имеет массу от 3 до 10 Mj и обращается вокруг коричневого карлика 2MASSWJ1207334-393254 массой 25 Mj. Снимок получен в ближнем ИК-диапазоне с использованием адаптивной оптики на 8,2–метровом телескопе VLT Европейской южной обсерватории (Чили) в 2004 г.Рис. 6.9. Первое изображение планеты (вверху слева) вблизи нормальной звезды солнечного типа. Эта молодая звезда 1RXS J160929.1-210524 спектрального класса K7V удалена от нас на 150 пк, имеет массу 0,85 солнечной и температуру поверхности 4060 К. А планета в 8 раз массивнее Юпитера, и температура ее поверхности 1800 К (поэтому она светится сама). Возраст звезды и планеты — вероятно, около 5 млн лет. Расстояние между ними в проекции — около 330 а. е. Фото получено в сентябре 2008 г. в ближнем ИК — диапазоне телескопом Джемини — Север (обсерватория Мауна-Кеа, Гавайи) с использованием адаптивной оптики.

Не менее любопытна и фотография сразу трех планет у звезды HR 8799 в созвездии Пегас, полученная группой канадских астрономов под руководством К. Маруа (с. 9 цветной вкладки). Эта система удалена от нас примерно на 40 пк. Каждая из ее планет почти на порядок массивнее Юпитера, но движутся они примерно на тех же расстояниях от своей звезды, что и наши планеты — гиганты. (В проекции на небо эти расстояния составляют 24,38 и 68 а. е.) Будет очень странно, если на месте Венеры, Земли и Марса в той системе не обнаружатся землеподобные планеты. Но пока это за пределами технических возможностей.

Рис. 6.9. Планета Фомальгаута. В мощном пылевом диске вокруг звезды Фомальгаут телескоп «Хаббл» сфотографировал планету (в белом квадрате). Светлый кружок в центре снимка обозначает положение Фомальгаута (сама звезда закрыта экраном), эллипс, показанный для масштаба, имеет размер орбиты Нептуна. За два года наблюдений экзопланета сместилась очень незначительно, так как период ее обращения по орбите — около 900 лет. Фото: Kalas и др., http://arxiv.org/abs/0811.1994.

Получение прямых снимков экзопланет — важнейший этап в их изучении. Во-первых, этим окончательно подтверждается их существование. Во-вторых, открыт путь к изучению свойств этих планет: их размеров, температуры, плотности, характеристик поверхности. И самое волнующее — не за горами расшифровка спектров этих планет, а значит, выяснение газового состава их атмосферы. О такой возможности давно мечтают экзобиологи.

Впереди — самое интересное

А насколько далеки от нас планетные системы иных звезд? Видны ли эти звезды глазом или, скажем, в простой бинокль? Можем ли мы, взглянув ясным вечером на небо, указать своим друзьям: «А вот у этой, и у этой, и во-о-о-н у той звезды есть свои планеты. Возможно, некоторые из них обитаемы»? На эти вопросы легко ответить, поскольку в Каталоге экзопланет[7] можно найти все необходимые данные. В октябре 2010 г. в нем содержалось немногим более 500 объектов, претендующих на звание планет. Поскольку для большинства из них определена лишь нижняя граница массы, будущие исследования, вероятно, переведут часть кандидатов в разряд коричневых карликов, т. е. переместят их из группы гигантских планет в сообщество «неполноценных» звезд. Но таких «перебежчиков» будут единицы, и это не изменит статистических выводов. А выводы таковы.

Обнаруженные планеты «живут» в окрестности примерно 4 сотен звезд. Ближайшая из них (ε Eri) удалена от нас на 3,2 пк, то есть всего лишь на 10 световых лет! Половина всех внесолнечных планетных систем лежит в пределах 40 пк от Солнца, еще треть находится не далее 80 пк, а на расстояниях более 1 кпк располагаются буквально единицы. Таким образом, практически все обнаруженные экзопланеты — наши ближайшие галактические соседи. Даже если мы открыли уже все планеты в пределах 100 пк от Солнца (а это, разумеется, не так), то в диске Галактики их должно быть очень много. Можно оценить их количество по порядку величины: галактический диск имеет толщину около 200 пк и радиус около 15 кпк. Следовательно, его объем в 34 тыс. раз больше объема шара радиусом 100 пк. Если в окрестности Солнца более 400 звезд с планетами, то в диске Галактики их не менее 14 млн. Скорее всего, их намного больше, но и 14 миллионов — цифра немаленькая!

Теперь вернемся к вопросу о видимости звезд, обладающих планетными системами. Можно ли хотя бы некоторые из них заметить невооруженным глазом, чтобы в ясную ночь, бросив на нее взгляд, подумать: «А вон у той звезды есть своя планетная система. Интересно, кто там обитает?» Оказывается, это возможно! Самая яркая звезда на нашем небе, обладающая по крайней мере одной планетой, — это красный гигант Поллукс (β Близнецов, HD 62509), звезда первой величины (V = 1,2m), легко различимая на самом засвеченном городском небе, даже в центре Москвы. Зимней ночью или весенним вечером вы без труда найдете ее в южной части неба, высоко над горизонтом, и, глядя на мерцающий оранжевый огонек, предадитесь фантазиям о планетах этой звезды. Правда, пока в этой системе обнаружено присутствие только одной гигантской планеты: она втрое массивнее Юпитера и обращается по круговой орбите на расстоянии 1,7 а. е. от своего светила. Но вполне вероятно, что кроме нее там есть и другие планеты.

Яркий блеск Поллукса делает его «звездой первой величины» среди обладателей экзопланетных систем. Но не он один из этой компании виден невооруженным глазом. Без особого напряжения на городском небе можно различить звезды до 4m. Среди обладателей экзопланет таких звезд шесть. А если у вас отличное зрение и вы находитесь вдали от городских огней, то сможете различить звезды до 6m; среди «владельцев» экзопланет таких звезд около 50. Так что в какую бы часть неба вы ни посмотрели, перед вами всегда будет доступная невооруженному глазу звезда с планетами. А если вооружитесь обычным полевым биноклем, то вам станут доступны объекты почти до 9m, и вы сможете увидеть подавляющее большинство звезд, у которых сейчас обнаружены планеты.