В поисках планет: Наука - Обнаружение планет

Многочисленные методы, позволяющие выследить неуловимую добычу

Первые планеты, обнаруженные у близлежащих звёзд, никогда не наблюдались непосредственно. Они были обнаружены косвенными методами, на основании эффектов, вызванных их взаимодействием со звездами.

Пока астрономы находят только огромные планеты, на которых вряд ли есть жизнь. Однако, в будущем такие миссии, как TPF (Terrestrial Planet Finder, Детектор планет земного типа) и ее предшественники, будут искать непосредственные свидетельства новых планет, таких же маленьких, как и Земля.

Сложность наблюдения за экзопланетами является следствием трёх основных фактов:

Планеты сами по себе не светятся, за исключением этапа формирования.

Они очень удалены от нас.

Они теряются в ослепительном свете своих родительских звёзд.

Например, если бы вокруг Проксимы Центавра, ближайшей к нам звезды, обращалась планета, то она была бы в 7 000 раз дальше Плутона. Попытка наблюдения такой планеты была бы сравнима с попыткой рассмотреть из Бостона мотылька, кружащегося у прожектора в Сан-Диего (Для России это всё равно, что смотреть из Москвы за мотыльком в Иркутске).

Далее следует обзор некоторых методов обнаружения планет, уже показавших свою эффективность, а также некоторые другие методы, находящиеся ещё в стадии разработки.

Эффект Доплера

Точные измерения скорости или положения звезды могут показать нам, насколько сильные колебания движения звезды вызывает гравитационное поле планеты. Исходя из этой информации, учёные могут рассчитать массу планеты и её орбиту.

Почему планета вызывает такие колебания? Если у звезды есть хоть один спутник, то они оба двигаются по почти круговым орбитам вокруг их общего центра масс. Даже если одно из тел гораздо меньше другого, законы физики гласят, что все они обращаются вокруг общего центра масс звезды и планетной системы. Центр масс - точка, в которой два тела уравновешивают друг друга.

Методом лучевых скоростей измеряются незначительные изменения в скорости движения звезды, вызванные движением звезды и планеты вокруг общего центра масс. В данном случае, однако, выявляется движение к наблюдателю и от него. Астрономы могут засечь эти изменения при анализе звёздного спектра. Благодаря эффекту Допплера, световые волны, идущие от приближающейся звезды, сдвигаются к синему краю спектра. Если же звезда удаляется, свет становится более красным.

Это происходит потому что длина волны уменьшается, если звезда приближается и увеличивается, если звезда удаляется. Похожий эффект наблюдается при приближении и удалении поезда, звук свистка машиниста меняет свой тон.

Чем больше планета и чем ближе она к своей звезде, тем быстрее движется звезда вокруг общего центра масс, тем больше сдвигаются линии в звёздном спектре. Именно поэтому, большинство планет, найденных в начале, относятся к классу юпитеров (масса превышает земную в 300 раз) и расположены весьма близко к своим родительским звёздам.

Астрометрические наблюдения

Как и метод лучевых скоростей, астрометрия опирается на измерения незначительных изменений положения звёзд, связанных с вращающимися вокруг них планетами. Однако данный метод используется для поиска небольших изменений положения звёзд на небе.

Планеты нашей солнечной системы влияют на Солнце, вызывая возвратно-поступательное движение, которое заметно на расстоянии нескольких световых лет.

Основной целью SIM (Space Interferometry Mission, Миссия космического интерферометра) является обнаружение планет, близких по размеру к Земле, вращающихся вокруг звёзд солнечного типа, методом узконаправленной астрометрии. Аналогично, интерферометрическая система в обсерватории Кека проведёт астрометрический анализ сотен звёзд для обнаружения планет, близких по массе к Урану.

Транзитный метод

Если планета проходит непосредственно между звездой и наблюдателем, то она блокирует часть света звезды и уменьшает её видимый блеск.

Чувствительные приборы могут засечь такое периодическое снижение блеска. Исходя из периода и глубины снижения яркости, можно вычислить орбиту и размеры планет-спутников. Чем меньше планета-спутник, тем меньше эффект затемнения, и наоборот. Планета земного типа на идентичной с Землёй орбите, например, произвела бы незначительное затемнение звезды, что можно было бы наблюдать всего несколько часов.

Гравитационное микролинзирование

Данный метод появился благодаря одному из следствий эйнштейновской теории относительности о том, что гравитация изгибает пространство. Обычно считается, что свет распространяется по прямой, но световые лучи, проходя сквозь пространство, искривлённое наличием массивного объекта, такого как звезда, начинают изгибаться. Данный эффект был подтверждён наблюдениями за влиянием гравитационного поля Солнца на звездный свет.

Когда планета оказывается между наблюдателем и звездой, её гравитация начинает вести себя как линза, фокусируя лучи и вызывая временное резкое увеличение яркости и изменение видимого положения звезды.

Данный метод используется астрономами для обнаружения объектов, которые не излучают свет, либо не могут быть обнаружены другими способами.

Непосредственное обнаружение

Поскольку планеты не излучают свет, наблюдение за ними представляет большую сложность. Такие миссии, как TPF(Terrestrial Planet Finder, Детектор планет земного типа), используют в своих исследованиях современные технологии, опирающиеся на особенности света, и позволяющие расширить наше поле зрения. Для более подробной информации смотрите раздел Технологии > Фотографирование планет.