Всем привет, народ! Это подкаст «Звездануло», в котором я перевожу науку на человеческий язык.
Вот вам Ютубчик:
И Яндекс.музыка:
Мы вроде как закончили экскурс по Солнечной системе, а я все не могу оторваться от других планет, так что сегодня расскажу вам о том, как ищут и находят новые миры у разных звезд.
Погнали!
Вообще кажется, что астрономы просто смотрят на небо, видят звезду и начинают разглядывать окрестности, пока не найдут рядом еще точки. Но если быть откровенным... Прямое наблюдение дало нам всего несколько процентов открытых экзопланет.
Да, кстати, если кто не в курсе, экзопланетами мы называем любые планеты, которые находятся вне Солнечной системы. Периодически я натыкаюсь на мнение, что экзопланета обязательно должна быть потенциально пригодна к жизни, но это ошибка. Тут слово говорит само за себя. Приставка «экзо-» обозначает что-то внешнее, что-то снаружи. А планеты в представлении, думаю, не нуждаются.
А в чем сложности просто взять и посмотреть на планеты у всяких разных звезд? Ну, тут сразу несколько причин. У меня на рабочем столе стоит фотка Сатурна с зонда Кассини. Землю там тоже видно. Пикселя 4 она у меня занимает. Совсем незаметно и это планета в той же самой звездной системе.
Это причина номер раз.
Планеты просто имеют малую светимость. Они как наша Луна отражают звездный свет. Кстати, я недавно опять влюбился в этот факт, что свет, который мы видим от Марса и Венеры, например, это свет той части планеты, на которой сейчас день. Представьте, на Венере планета Земля видна яркой точкой, кажется там ослепительный свет, а на самом деле тут даже может быть пасмурно. Мы каждый день испускаем такой же свет, который в случае с Венеры можно сравнить со звездным. Только вот этот свет отраженный. И ещё немного излучает сама планета, конечно. А ещё звезда затмевает любой свет от планеты. Вряд ли вы различите маленький солнечный зайчик, если вам в лицо будет светить огромный софит.
Так что прямое наблюдение, конечно, не совсем бесполезно, но результатов даёт мало. Для этого планета должна быть в несколько раз больше Юпитера и довольно далеко от звезды.
А как тогда открывают остальные экзопланеты?
Примерно так же, как Нептун и Плутон, только если Нептун и Плутон спалились на том, что перетягивали Уран, то, чтобы найти экзопланеты, изучают, как движется звезда.
Помните, что Юпитер крутится даже не вокруг Солнца, а Солнце вместе с Юпитером крутится вокруг общего центра масс. То есть Юпитер тоже перетягивает Солнце. Собственно, любая планета дергает звезду, просто у Юпитера это получается сильнее всех.
Вот и экзопланеты свои звезды подергивают. А дергающаяся звезда немного меняет свой цвет, как гирлянда. Это называется эффектом Допплера. А метод, соответственно, называется допплеровским.
Если говорить простым языком, то чем быстрее и ближе к нам движется источник звука или света, тем выше звук и фиолетовее свет. И, соответственно, если что-то от нас убегает, оно краснеет и начинает басить. Вспомните мотоциклистов. Чем ближе они едут, тем выше звук.
У этого метода есть свои недостатки.
Легко перепутать собственную активность звезды с сигналами, похожими на планету. А еще, когда звезду перетягивает сразу несколько планет, метод перестает работать. Мы просто не понимаем, что происходит.
Кстати, близко к этому методу работает астрометрия. Если доплеровский метод изучает именно изменения в спектре звезды, то астрометрия пытается прям в наглую разглядеть, как именно звезда танцует вокруг центра масс своей системы. Это как пытаться разглядеть собственную маленькую круговую орбиту Солнца.
Но пока наши телескопы вообще не могут дать никаких точных цифр в этих масштабах. Мы просто не можем разглядеть, дёргается звезда или нет. Хотя вроде у Хаббла что-то получилось. Или нет. Там до сих пор то отменяют, то возвращают, то открывают, то закрывают. В общем, пока метод ненадежный.
Похожим образом работает метод периодических пульсаций. Он гораздо надежнее астрометрии, но и гораздо более специфичен. Помните, я рассказывал про пульсары как-то? Не помните? Не страшно. Это особый вид звезд, которые очень быстро вращаются и в телескопы нам сверкают с очень чётким периодом. Прям часы можно сверять. И когда мы видим какие-то непонятные изменения этих периодов, мы считаем, что пульсар зачем-то дёргается. Почему? Ну, потому что его тянет какая-то планета.
Изначально этот метод вообще в расчёт не принимали. Но оказалось, что у него очень высокая точность. Методом периодических пульсаций можно засечь планеты раз так в десять легче Земли. Но проблема в том, что мы пульсаров знаем не очень много, чуть меньше двух тысяч. Да и экзопланеты вокруг пульсаров вряд ли обитаемые. Пульсар же неимоверно мощный источник излучения. Инфракрасного рентгеновского гамма-излучения. Все равно, что жить в рентгеновском аппарате.
А вот следующий метод и точный, и оптимистичный.
Представьте себе, светит звезда, мы за ней наблюдаем, и вдруг она ненадолго становится чуть тусклее. Ладно, один разок ничего не говорит. Мы представим себе, что это было какое-то внезапное помутнение. А вот если этот процесс будет периодическим, значит вокруг звезды, скорее всего, что-то крутится, верно?
Это называется транзит. А метод, соответственно, транзитный.
На самом деле человеческий глаз не различает разницы в светимости, но мы уже давно смотрим в небо не только глазками. Приборы эту историю вполне себе фиксируют. Таким методом можно узнать радиус планеты. В остальных случаях выясняется только масса.
Но и у него есть свои недостатки.
Во-первых, не все планеты крутятся вокруг звезды так, чтобы мы смогли этот транзит наблюдать. Представьте, что мы смотрим на звезду, а планета крутится прям перпендикулярно нашему углу зрения. То есть мы просто не увидим никогда, как она проходит перед звездой. И кажется, что такие случаи не часто встречаются, и ничего страшного в этом нет, но давайте в цифрах. Шанс того, что мы сможем наблюдать транзит планеты, схожей с нашей, которая вращается вокруг звезды размером с Солнышко на расстоянии нашей же орбиты – 0,47%. Если бы мы смотрели с какой-нибудь экзопланеты на Солнце, то шанс увидеть Землю был бы чуть меньше половины процента.
Есть еще одна проблема. Очень много ложных срабатываний. То есть, пролетела каменюка в межзвездном пространстве, или даже просто облако пыли, или еще что угодно. Система говорит: «Я нашла планету». Тут важно собирать статистику, как я и говорил, в самом начале. Но это довольно долго и сложно. Должен пройти целый год по меркам той планеты. Пока мы будем пялиться в одну звезду или даже в один участок неба, мы не сможем разглядывать другие закоулки Вселенной.
Кроме минусов, у этого метода есть огромное количество плюсов. Можно узнать радиус планеты, как я уже говорил, состав атмосферы, есть ли на ней облака, а в сочетании с доплеровским методом можно узнать и плотность планеты и еще много разных характеристик. В общем, несмотря на свои недостатки, сейчас транзитный метод считается самым достоверным способом обнаружения экзопланет.
На его основе работают ещё два метода.
Метод вариации времени и продолжительности транзитов. Это очень просто. Если мы нашли планету транзитным методом, то некоторые отклонения в периодичности и продолжительности вот этих транзитов могут сказать нам, что планету что-то ещё перетягивает. Как правило, это или другие планеты, или спутники. Учёные всю эту историю подсчитывают и выносят свой вердикт, что ж там такое эту планету перекашивает. Ну, тут всё вроде как понятно. Сработало с Нептуном и Плутоном, сработает и здесь.
История почти та же, что с астрометрией и периодическими пульсациями, только тут тянуть надо планету. А это сильно легче. Поэтому и разглядеть реальнее.
Кстати, помните, я говорил о том, что мы можем разглядеть атмосферу экзопланет? Сама атмосфера тоже может помочь нам найти планету. Это метод, который называется поляриметрия. И суть вот в чем: звезда светит на планету, свет врезается в атмосферу и поляризуется. И вот в этом случае мы можем разделить свет звезды и свет планеты с довольно высокой точностью.
Но пока только на бумаге. Реальных открытий с помощью поляриметрии еще не случалось.
Рядом с этим методом можно поставить полярное сияние. Только если в предыдущем случае мы видим поляризованный свет, то при полярных сияниях планета испускает довольно мощные радиоволны, которые мы вполне можем обнаружить и идентифицировать. Как я понимаю, это пока тоже чисто бумажный метод, но будем посмотреть, что нас ждет.
Еще одним близким к транзитному методу можно считать метод изменения орбитальной фазы отраженного света. Не пугаемся, я сейчас все объясню и обзову его понятно.
Если говорить просто, то мы опять ищем периодические изменения в светимости звезды. Но тут уже другая цель. Вы же в курсе, что у нас есть лунный цикл? Это время, за которое Луна успевает пережить новолуние, когда ее не видно, растущую, скажем так, фазу, полнолуние, когда Луна ярче всего светит, и фазу убывания. Я понимаю, что в терминах можно поспорить, но давайте форточку откроем, чтобы сильно душно не было.
В общем, планеты-гиганты типа Юпитера проходят те же самые фазы. И значит, что иногда они будут светить ярко, как могут, а иногда будут совсем темными. Но раз уж мы не можем отделить свет планеты от света звезды, то нам придется искать какие-то такие циклы по изменению светимости этой самой звезды. Получается какой-то лунный метод, давайте так его и назовем.
Таким образом, были открыты планеты, часть из которых уже были известны. Ну и есть пара кандидатов, которые пока еще находятся в подвешенном состоянии.
Ладно, давайте к гравитационному микролинзированию переходить. Вот нравятся мне такие интуитивно понятные названия. В общем, представьте, что звезда светит во все стороны. Некоторые лучи светят прямо в Землю, а некоторые должны пройти мимо. Но если на пути этих самых мимолетных лучей попадется какая-нибудь звезда, то траектория света немного искривится, и эти лучи таки попадут к нам в объективы, хотя и не должны по-хорошему. Получается что-то вроде собирательной линзы, когда рассеянный свет преломляется и собирается к нам в телескопы. Это и есть гравитационное линзирование. А микролинзирование — это эффект, при котором есть еще одна маленькая линзочка — планета. Получается, что мы звезду видим еще немного ярче. Вот это самое «еще немного» и говорит о том, что рядом со звездой крутится планета. И тут мы говорим не о той фоновой звезде, свет которой линзируется. А наоборот, о самой линзе. То есть мы можем найти планету у звезды, которая искривляет свет, а не у той, которая его испускает.
Вроде понятно объяснил, а вроде какая-то тарабарщина вышла. Всегда так, когда пытаюсь что-то простое описать. Напишите потом куда-нибудь, получилось мне рассказать это все по-человечески или нет.
Ладно. Проблема такого метода в том, что эффект может не повториться, а без статистики мы не можем точно сказать, планета это была, или случайный артефакт, или ещё что-то. Ну и так можно найти очень далёкие планеты, которые нельзя проверить другими методами.
В общем, с помощью микролинзирования обнаружили даже меньше, чем методом прямого наблюдения.
Но это хотя бы рабочая история, есть куда расти, так что подождём. Ну и напоследок, ещё один сомнительный метод обнаружения экзопланет в очень специфических условиях.
Это метод, который изучает периодичность затмения двойных звёздных систем.
Опять не пугаемся, опять всё объясню. Существуют двойные звёзды. Это когда две звезды крутятся вокруг друг друга и периодически устраивают для нас затмение друг дружки. Это как на гантелю смотреть сбоку. Один шарик видно, второй нет. Так вот. Если крутятся только две звезды, то периодичность таких затмений будет постоянной. А вот если там будут ещё и планеты, то они будут эти периоды сбивать. Это ещё один пока бумажный вариант обнаружения экзопланет, но вполне может сработать.
На этом давайте выпуск заканчивать.
Давайте ещё раз вспомним, какие методы мы обсуждали. Много было всего, так что решил напомнить, чтобы в голове не перепуталось.
Самый эффективный метод – доплеровский. Это когда звезда меняет свой спектр. С его помощью открыто 550 экзопланет. Да, я буду говорить приближенные цифры, просто повычеркивал постоянные около, приблизительные и прочие оговорки. Так что и воспринимайте эти цифры, пожалуйста, приблизительно.
Близко к доплеровскому методу работает астрометрия. Это когда мы пытаемся разглядеть движение самой звезды по какой-то орбите. Ну, короче, ищем звезды с Паркинсоном. Метод безрезультатный, но пока рано его списывать со счетов.
А вот пульсары с Паркинсоном мы вполне можем видеть. Это метод периодических пульсаций. С его помощью открыто 15 экзопланет. Скорее всего, они в принципе необитаемы, так что давайте дальше.
У нас есть просто метод прямого наблюдения, когда мы смотрим в небо и видим планету. Таких планет сейчас 30 штук.
Но гораздо проще и вероятнее найти экзопланету транзитным методом. Это когда планета проходит между нами и своей звездой, и эта звезда немного тускнеет. так было открыто 150 планет.
А еще на этом транзитном методе основываются методы вариации времени и продолжительности транзитов. Когда вот эту планету, открытую транзитным методом, дергают другие планеты, мы это опять же фиксируем и можем говорить о существовании этих самых других планет. Пока результаты очень скромные. Я нашел упоминание только одной планеты, открытой этими методами. Хотя из 150 планет даже одну так найти, это хорошо, я считаю.
В деле обнаружения экзопланет нам может помочь атмосфера самих планет. Во-первых, она поляризует свет от звезды, а во-вторых, в атмосфере могут проходить полярные сияния, которые относительно просто отличить от света самой звезды.
Но пока поляриметрия и полярные сияния тоже не дают результатов.
Ещё у нас есть метод изменения орбитальной фазы отражённого света, который я обозвал лунным методом. Это про новолуния, полнолуния и промежуточные фазы только для планет-гигантов. Пока этот метод выдвинул двух кандидатов на проверку.
Ну и остались два метода.
Гравитационное микролинзирование – это небольшое усиление гравитационной линзы, так открыли 16 планет.
И еще изучают периодичность затмений двойных звезд. Безрезультатно, но все когда-то бывает в первый раз. Ждем.
Такие дела. Давайте к закадру, что ли.
Мне тут Александр сэмулировал Патреон в ручном режиме. Мы уже хохотнули в комментариях, но всё равно спасибо, Александр. Ещё спасибо Лидии Ковязиной, которая стала первым доном в ВКшечке, и Алексею Герасимову, и Вадиму Нечаеву, которые стали первыми подписчиками на Бусти.
Ну и, наверное, всё.
Напоминаю про отзывы, лайки, репосты, гуглоформу, комментарии, предложения, донаты всякие, подписки на Бусти и прочее.
С вами был Роман Юдаев,
Услышимся в следующем выпуске.