Мир экзопланет: как на орбитах у других солнц были открыты «непланеты»
Публикации, повествующие о новых открытиях в области астрономии, не всегда легко понять, даже если они популярны. «Алмазные» планеты и «углеродные» – это одно и то же? Что больше, гайкея или мини-нептун? «Железными» именуются планеты, не имеющие между собой ничего общего, и не на всех из них железа действительно много… Зачастую не только переводчик, но и автор не знает, как правильно должен именоваться предмет. Потому что терминология не устоялась. И это совершенно естественно.
Это естественно, поскольку человек сначала открывает объекты или явления, а названия им придумывает только потом. Строго говоря, видя новое, мы еще не знаем, что видим. Экзопланеты же стали наблюдаться недавно. Первые робкие заявления об обнаружении тел в системах других звезд прозвучали в самом конце прошлого века. В начале этого о существовании экзопланет заговорили уверенно. А затем открытия хлынули как из ведра. Среди прочего было открыто и то, что первые наблюдавшиеся в системах других звезд тела планетарной массы в большинстве оказались вовсе не планетами.
Как увидеть другие миры?
...Но прежде всего о том, как экзопланеты обнаруживаются. До времени уж совсем недавнего, конкретно же до запуска станции «Джейм Уэбб», телескоп, даже лучший, космический, мог «видеть» только звезды. Да и те лишь как точечные – однопиксельные – источники света. Какими же способами из одного пикселя удавалось вытащить целую планетную систему?
Всегда – несколькими. Или как минимум двумя. Какого-то одного для признания экзопланеты реальным телом, а тем более для составления представления об условиях на ней, – мало.
Первый и главный из способов обнаружения экзопланет основан на методе Доплера, подразумевающем очень точное измерение скорости движения звезды относительно наблюдателя. Однако движение звезды всегда сложное. Все тела системы (планеты и звезда) вращаются вокруг общего центра масс, который, как правило, расположен внутри звезды. Но с ее центром точно не совпадает. Как следствие, сам факт наличия у звезды системы планет плюс некоторое представление о массе планет можно отследить по тончайшим периодическим изменениям доплеровского смещения. Вращаясь вокруг центра масс системы, звезда движется то к наблюдателю, то от него…
Далее – сложнее. Фактически узнать ключевую информацию о планетной системе позволяет только дополнение доплеровского метода транзитным. А для его применения плоскость вращения планет системы должна располагаться так, чтобы периодически они, с точки зрения земного наблюдателя, проходили по диску звезды. Данный метод дает сразу и диаметр планеты, и период ее обращения… Масса же планет уже известна из доплеровских наблюдений. Поймав одну, а если повезет, то и две планеты, можно реконструировать систему, «увидев» и тела, ни разу звезду не затмевавшие.
Но и этой информации мало.
Соответственно, снова возвращаемся к спектрографу. Если это не было сделано раньше, к линиям нужно присмотреться пристальнее. Ибо, хотя вообще телескоп планеты как отдельные источники света «не видит», отраженный ими в сторону наблюдателя свет все равно регистрируется. Вместе со светом звезды. Вклад планет, естественно, ничтожен, однако выделить его можно. Это лишь вопрос длительности наблюдения и затрат вычислительных мощностей на обработку информации.
Планету становится «видно», поскольку ее свет колеблется с правильным периодом в зависимости от фазы. Кроме того, в спектре планет присутствуют линии молекулярных, неионизированных полностью, веществ, для звезды нехарактерные… А если планет несколько… ну, периоды колебаний будут же разными.
Применив как минимум три метода, а их больше (не упомянуты, например, гравитационное линзирование и непосредственное наблюдение полярных сияний (увидели!)), можно получить вполне исчерпывающую информацию о размерах, массе (следовательно, и о плотности) планеты, а также о температуре и химическом составе ее атмосферы. Или непосредственно поверхности для тел безатмосферных. Но последнее – теоретически. Видны указанным способом пока только тела достаточно массивные. У всех у них атмосферы есть.
Разумеется, не обходится и без реконструкции, при которой неизвестное достраивается на основе известного и математических моделей.
...Но, как отмечалось, эти сложности отчасти уже в прошлом. Недавно непосредственное наблюдение экзопланет стало возможным. Теоретически. На практике почти наверняка ни одно из тех «увиденных» «Джеймсом Уэббом», как и большинство из обнаруженных ранее косвенными путями, не является настоящей экзопланетой. Хотя в результате исторически обусловленной путаницы часто и называется так.