Типовое жилье. Насколько уникальна Солнечная система
Самое продолжительное исследование далеких планет показало, что Солнечная система вовсе не уникальна. Большинство планетных систем в Млечном Пути имеет похожее строение, а значит, может оказаться колыбелью жизни, считает научный обозреватель, кандидат физико-математических наук Анатолий Глянцев. Астрономы опубликовали результаты самого длительного исследования планетных систем. Наблюдая 719 звезд и 177 планет, ученые пришли к выводу, что большинство планетных систем похожи на Солнечную по весьма важному показателю: положению планет-гигантов. Именно удачное расположение этих исполинов когда-то позволило Земле стать благоприятным для жизни миром. Это значит, что и в системах других звезд могут существовать обитаемые планеты.
Экзопланетами называются планеты, которые обращаются не вокруг Солнца, а вокруг какой-нибудь другой звезды. Первые подобные объекты были открыты в 1990-х годах. На сегодня астрономам известно более 4700 далеких миров, и чуть ли не ежедневно открываются новые. Правда, наши телескопы все еще слабоваты для того, чтобы экзопланеты можно было буквально увидеть. Лишь для немногих из них получены изображения, и то не в видимом свете, а в инфракрасных лучах. Но у исследователей есть способы обнаружить планету, не заставляя ее позировать.
Таких способов много, но более 90% открытий приходятся на два самых результативных из них. Метод транзитов, о котором мы подробно рассказывали, подарил человечеству более 70% известных экзопланет. Он использует то обстоятельство, что многие планеты периодически проходят между наблюдателем и звездой и частично затмевают собой ее свет. Еще почти 20% миров открыты методом лучевых скоростей. Поясним, в чем его суть. Привычная картина «звезда стоит на месте, а планета движется вокруг нее» не совсем верна. Под действием притяжения планеты светило чуть-чуть смещается в ее сторону. В результате звезда как бы пританцовывает на месте, пока планета обходит ее по орбите. Точные измерения улавливают в спектре светила следы этого движения.
Понятно, что оба метода работают тем лучше, чем больше планета. Массивный объект заслонит больше света и сильнее подействует на свою звезду гравитацией, чем миниатюрный. Еще один важный фактор — расстояние от экзопланеты до звезды. Чем больше дистанция, тем слабее гравитация планеты воздействует на светило. Но есть еще одна причина, по которой расстояние от планеты до звезды очень важно. Чем ближе мир к своему солнцу, тем быстрее он обращается вокруг него. А наблюдателям нужно зафиксировать хотя бы несколько оборотов, чтобы убедиться, что обнаруженный сигнал периодически повторяется, то есть не является ошибкой в данных. Это верно как для метода транзитов, так и для метода лучевых скоростей.
Между тем один оборот вокруг Солнца у Юпитера занимает 12 лет, у Сатурна — 29 лет. Уран и Нептун обходят нашу звезду еще медленнее. Чтобы обнаружить все эти планеты нашими методами, инопланетянам пришлось бы непрерывно наблюдать Солнце в течение десятилетий. В таком же положении находятся и земные астрономы, ищущие экзопланеты. Вполне вероятно, что множество миров ускользает от нашего внимания просто потому, что мы недостаточно долго смотрим на их родительские звезды. Это печальное обстоятельство мешает специалистам разобраться в том, как устроены планетные системы, по каким законам они рождаются, живут и умирают.
Терпение и труд
Однако ученые могут переупрямить даже Вселенную. Тридцать лет назад стартовал проект California Legacy Survey, суть которого — долгие непрерывные наблюдения одних и тех же 719 звезд. Это не очень большая выборка, но она охватывает четыре класса звезд, вместе составляющих абсолютное большинство в Галактике. Так что можно надеяться, что сделанные выводы останутся справедливыми для сотен миллиардов солнц Млечного Пути. Недавно исследователи обработали спектры светил, накопленные за три десятилетия, применив к ним метод лучевых скоростей. Полученные результаты изложены в двух научных статьях, препринты которых доступны на сайте arXiv.org. Всего авторы зафиксировали 177 экзопланет. Только 14 из них были обнаружены впервые, а остальные 163 на момент публикации уже были известны науке. Но даже эти старые знакомцы были изучены куда более тщательно благодаря этому самому долгому в истории исследованию планетных систем. Три десятилетия наблюдений позволили отследить движение миров, тратящих долгие годы на один оборот вокруг звезды. Самые миниатюрные из этих экзопланет массивнее Земли в три раза, а самые массивные — в 6000 раз (это почти 20 масс Юпитера).
Где живут великаны
Больше всего данных было собрано о планетах-гигантах с массой порядка массы Юпитера и выше, поскольку их проще обнаружить и исследовать. Подобные колоссы состоят в основном из газа, а не из твердых пород. Они не могут быть обитаемыми, хотя жизнь может обосноваться на их спутниках (эксперты не исключают наличия микробов на некоторых лунах Юпитера и Сатурна, где под слоем льда скрываются океаны жидкой воды). Однако роль гигантских планет в зарождении жизни может быть столь же грандиозной, как их размер. Согласно некоторым теориям, именно их гравитация помогла Земле сформироваться в своем нынешнем виде и обрести солидные запасы воды.
«С точки зрения динамики [образования планет], Юпитер и Сатурн являются VIP — Очень Важными Планетами — Солнечной системы, — говорит соавтор исследования Лорен Вайс из Университета Гавайев. — Считается, что они сформировали совокупность планет земной группы, потенциально задерживая рост Марса и устремляя водоносные кометы к Земле». Неизвестно, сформировалась ли бы Земля в пригодную для жизни планету, если бы не тяготение двух гигантов, дирижировавшее потоками вещества в новорожденной Солнечной системе. Можно сказать, что Юпитер и Сатурн оказались в нужное время в нужном месте. Будь они дальше от Солнца или, наоборот, ближе к нему, судьба земного шара могла бы сложиться совсем иначе.
Именно поэтому астрономов интересует местоположение планет-гигантов в системах других звезд. Любопытно, что эра открытия экзопланет в свое время началась с горячих юпитеров — гигантов, расположенных ближе к своей звезде, чем Меркурий к Солнцу. Какое-то время они даже составляли большинство известных экзопланет. В Солнечной системе подобных объектов нет, и их открытие стало для ученых полной неожиданностью. Однако в дальнейшем выяснилось, что горячие юпитеры встречаются в Галактике довольно редко, а их обилие в ранних наблюдениях хорошо описывается известным анекдотом: «Интернетом пользуются 100% россиян, как показал опрос, проведенный в интернете».
Как мы помним, массивные и близкие к своим звездам планеты обнаруживаются проще всего. Поэтому именно они и были открыты в первую очередь. Недавно опубликованные данные California Legacy Survey окончательно поставили точку в вопросе, где живут планеты-гиганты. По подсчетам исследователей, на каждую сотню звезд приходится 12–16 гигантских экзопланет на расстоянии от 2 до 8 астрономических единиц (а.е.) от светила, и еще 7–12 миров-гигантов на дистанциях 8–32 а.е. Ближе или дальше от звезды космические колоссы встречаются значительно реже.
Напомним, что одна а.е. равна дистанции от Земли до Солнца. Юпитер находится в 5 а.е. от Солнца, Сатурн — в 10 а.е. Другими словами, местоположение планет-гигантов Солнечной системы совершенно типично. Значит ли это, что совершенно типична и Земля, некогда сформированная под действием гравитации Юпитера и Сатурна? Пока рано утверждать это с уверенностью, но надежда есть. Команда California Legacy Survey продолжает накапливать данные. Более того, в 2022 году ожидается подключение к проекту нового инструмента, способного обнаруживать планеты массой с Землю. Так что через несколько лет мы можем узнать, есть ли по соседству с экзопланетами-гигантами миры, похожие на наш хотя бы размерами.
