Технология идентификации
Первым разглядеть в телескоп планеты возле других звезд пытался голландский математик и астроном Христиан Гюйгенс еще в XVII веке. Однако он ничего не смог найти, поскольку эти объекты не видны даже в мощные современные телескопы. Находятся они невероятно далеко от наблюдателя, размеры их по сравнению со звездами невелики, отраженный свет — слабый. И, наконец, расположены они близко от своей родной звезды. Вот почему при наблюдениях с Земли заметен лишь ее яркий свет, а тусклые точки экзопланет просто «тонут» в его сиянии. Из-за этого планеты за пределами Солнечной системы долгое время оставались нераспознанными.
В 1995 году астрономы Мишель Майор и Дидье Келос из Женевского университета, проводя наблюдения на обсерватории Верхнего Прованса во Франции, впервые достоверно зафиксировали экзопланету. С помощью сверхточного спектрометра они обнаружили, что звезда 51 в созвездии Пегаса «покачивается» с периодом чуть более четырех земных суток. (Планета, обращаясь вокруг звезды, раскачивает ее своим гравитационным воздействием, в результате чего из-за эффекта Доплера можно наблюдать смещение спектра звезды.) Вскоре это открытие подтвердили и американские астрономы Джеффри Марси и Пол Батлер. В дальнейшем этим же методом анализа периодических изменений спектров звезд было обнаружено еще 180 экзопланет. Несколько планет было найдено так называемым фотометрическим методом — по периодическому изменению яркости звезды, когда планета оказывается между звездой и наблюдателем. Именно такой метод планируется использовать для поиска экзопланет на французском спутнике COROT, который должен быть запущен в октябре этого года, а также на американской станции Kepler. Ее запуск намечен на 2008 год.
Для поиска планет, подобных Земле, NASA планирует запустить в 2013 году космический комплекс TPF, состоящий из двух автоматических станций
Горячие Нептуны и Юпитеры
Первая открытая экзопланета напоминает Юпитер , но расположена очень близко от звезды, из-за чего температура ее поверхности достигает почти +1 000°С. Такой тип экзопланет, масса которых в сотни раз больше, чем у Земли, астрономы назвали «горячими газовыми гигантами», или «горячими Юпитерами». В 2004 году, используя усовершенствованные спектрометры, удалось открыть совсем новый класс экзопланет, гораздо меньшего размера — так называемые «горячие Нептуны», масса которых лишь в 15—20 раз больше, чем у Земли. Сообщения об этом были опубликованы одновременно и европейскими, и американскими астрономами. А в начале нынешнего года была открыта совсем небольшая экзопланета с массой всего в 6 раз больше, чем у Земли. Она существенно удалена от своей звезды, расположена в холодной области планетной системы, поэтому должна представлять собой «ледяной гигант», аналогичный Урану или Нептуну . Интересно, что ранее около той же самой звезды уже были обнаружены два газовых гиганта.
«Горячий Юпитер» и его каменные спутники — экзопланеты земного типа. Вполне возможно, что есть системы, в которых обитаемы «луны», а не «земли»
Открытие в 1995 году планеты, расположенной возле звезды 51 в созвездии Пегаса, положило начало совершенно новой области астрономии — изучению внесолнечных, или экзопланет. До этого планеты были известны только у одной звезды — нашего Солнца. С целью поиска планет за пределами Солнечной системы астрономы за последнее десятилетие обследовали около 3 000 звезд и возле 155 из них нашли планеты. Всего сейчас известно более 190 экзопланет. Близ некоторых звезд найдено по две, три и даже четыре планеты.
Экзопланеты, открытые к сегодняшнему дню, расположены чрезвычайно далеко от нашей Солнечной системы. Ближайшая к нам звезда (помимо нашего Солнца) — Проксима Центавра — находится в 270 тысяч раз дальше, чем Солнце, — на расстоянии 40 000 миллиардов километров (4,22 световых года). До ближайшей же планетной системы — 10 световых лет, а до самой далекой из обнаруженных — 20 000. Большинство экзопланет отстоит от нас на десятки и первые сотни (до 400) световых лет. Каждый год астрономы открывают около 20 экзопланет. Среди них выявляются все новые и новые разновидности. Самая «тяжелая» — в 11 раз массивнее Юпитера, а наибольшая по размеру имеет диаметр в 1,3 раза больше, чем у Юпитера.
Откуда берутся планеты
До сих пор нет надежной теории, объясняющей, каким образом формируются планетные системы звезд. На этот счет имеются лишь научные гипотезы. Наиболее распространенная из них предполагает, что Солнце и планеты возникли из единого газово-пылевого облака — вращающейся космической туманности. От латинского слова nebula («туманность») эта гипотеза получила название «небулярной». Как ни странно, она имеет довольно солидный возраст — два с половиной века. Начало современным представлениям о формировании планет было положено в 1755 году, когда в Кенигсберге вышла из печати книга «Всеобщая естественная история и теория неба». Она принадлежала перу безвестного 31-летнего выпускника Кенигсбергского университета Иммануила Канта, который был в то время домашним учителем у детей помещиков и преподавал в университете. Весьма вероятно, что идею происхождения планет из пылевого облака Кант почерпнул из книги, выпущенной в 1749 году шведским писателем-мистиком Эмануэлем Сведенборгом (1688—1772), который высказал гипотезу (по его словам, рассказанную ему ангелами) об образовании звезд в результате вихревого движения вещества космической туманности. Во всяком случае, известно, что довольно дорогую книгу Сведенборга, в которой излагалась эта гипотеза, купили лишь три частных лица, одним из которых был Кант. Впоследствии Кант прославится как родоначальник немецкой классической философии. А вот книга о небе осталась малоизвестной, поскольку ее издатель вскоре обанкротился и почти весь тираж остался нераспроданным. Тем не менее гипотеза Канта о возникновении планет из пылевого облака — первоначального Хаоса — оказалась очень живучей и в последующие времена послужила основой для многих теоретических рассуждений. В 1796 году французский математик и астроном Пьер-Симон Лаплас, судя по всему незнакомый с работой Канта, выдвинул похожую гипотезу формирования планет Солнечной системы из газового облака и дал ее математическое обоснование. С тех пор гипотеза Канта — Лапласа стала ведущей космогонической гипотезой, объясняющей, как произошли наше Солнце и планеты. Представления о газово-пылевом зарождении Солнца и планет в последующем уточнялись и дополнялись в соответствии с новыми сведениями о свойствах и строении материи. Сегодня предполагают, что формирование Солнца и планет началось около 10 миллиардов лет назад. Исходное облако состояло на 3/4 из водорода и на 1/4 из гелия, а доля всех остальных химических элементов была ничтожно малой. Вращающееся облако постепенно сжималось под действием сил гравитации. В его центре сосредоточилась основная масса вещества, которая постепенно уплотнилась до такого состояния, что началась термоядерная реакция с выделением большого количества тепла и света, то есть вспыхнула звезда — наше Солнце. Остатки газово-пылевого облака, вращаясь вокруг него, постепенно приобрели форму плоского диска. В нем стали возникать сгустки более плотного вещества, которые за миллиарды лет «слепились» в планеты. Причем сначала возникли планеты рядом с Солнцем. Это были сравнительно небольшие образования с высокой плотностью — железокаменные и каменные сферы — планеты земного типа. После этого в более удаленной от Солнца области сформировались планеты-гиганты, состоящие в основном из газов. Таким образом, исходный пылевой диск перестал существовать, превратившись в планетную систему. Несколько лет назад появилась гипотеза геолога академика А.А. Маракушева, по которой предполагается, что планеты земного типа в прошлом также были окружены обширными газовыми оболочками и выглядели как планеты-гиганты. Постепенно эти газы были унесены в окраинные области Солнечной системы, а близ Солнца остались лишь твердые ядра бывших планет-гигантов, которые и являются теперь планетами земного типа. Эта гипотеза перекликается с новейшими данными об экзопланетах, представляющих собой газовые шары, расположенные очень близко от своих звезд. Возможно, в будущем под влиянием нагрева и потоков звездного ветра (высокоскоростных частиц плазмы, испускаемых светилом) они тоже потеряют мощные атмосферы и превратятся в двойников Земли, Венеры и Марса.
