Стивен Маран - Астрономия для "чайников"
Но на деле найти планеты, вращающиеся вокруг звезд, оказалось нелегко. Если просто направить телескоп на ближайшую звезду в надежде увидеть ее планеты, то ничего не выйдет. Планеты слишком тусклы и слишком близки к ослепительному источнику света (их солнцу). Чтобы в полной мере понять сложность данной задачи, представьте, что вы пытаетесь разглядеть бусинку, находящуюся в 30 метрах от электрической лампочки, с расстояния 16 тысяч километров.
Но, несмотря на эти обескураживающие сложности, астрономы все-таки нашли внесолнечные планеты (т. е. планеты других звезд, за пределами Солнечной системы; их еще называют экзопланетами), причем не по фотографиям, а с помощью расчетов движения их "материнских" звезд.
Планеты и звезды вращаются вокруг своего общего центра масс, а это значит, что движутся и те, и другие. И во время этого движения под влиянием взаимной гравитации звезда притягивает планету, заставляя ее двигаться, а планета притягивает звезду, тоже заставляя ее двигаться. Конечно, масса планеты намного меньше массы звезды, поэтому ответное движение звезды обычно невелико — она проходит, наверное, всего 80 км в час (по сравнению с планетой, которая может пройти 16 000 км в час или даже больше). Используя чувствительные спектроскопы на больших телескопах, астрономы искали проявления небольшого эффекта Допплера (см. главу 11), который должно оказывать на свет звезды ее медленное покачивание. И теперь ученые уже нашли несколько десятков звезд, чье ленивое покачивание выдает наличие у них планет.
Маленький теплый мир звезды 51 Пегаса
Осенью 1995 года два шведских астронома, Мишель Майор и Дидье Квелоц, объявили об открытии первой внесолнечной планеты, вращающейся вокруг нормальной (т. е. солнцеподобной) звезды. Это открытие вызвало большое волнение в научном мире, главным образом, потому, что новая планета мчалась вокруг своей звезды (51 Пегаса) с головокружительной скоростью, делая полный оборот всего за 4 дня. Отсюда следует, что она находится на расстоянии всего каких-нибудь несчастных 8 миллионов километров от своей звезды (рис. 14.5). Это в 8 раз меньше расстояния от Меркурия до Солнца, а значит, температура на планете достигает примерно 1000 °C. Колебания этой звезды, происходящие с периодом 4,23 суток, говорят о том, что они вызваны влиянием планеты с массой, равной по меньшей мере половине массы Юпитера. Естественно, новую планету вскоре прозвали горячим юпитером.
Рис. 14.5. Представление художника о том, насколько новая планета должна быть близка к своему солнцу
В течение четырех лет после открытия горячей планеты у звезды 51 из созвездия Пегаса были открыты примерно два десятка других внесолнечных планет, причем почти все — с помощью спектроскопических измерений допплеровского смещения. Оказалось, что очень многие из этих вновь открытых планет тоже относятся к "горячим юпитерам", так как это массивные планеты, сжимающие свое солнце в объятиях крепче, чем любящая мамаша.
Но кажется невероятным, чтобы все эти горячие и тяжелые планеты с самого начала двигались по нынешним "жарким" орбитам. Дело в том, что большим планетам намного легче образоваться на сумрачных окраинах "солнечной системы". Более низкие температуры и возможности накопления материала в этих призрачных районах способствуют быстрому превращению ледяных осколков в общую массу, т. е. их слипанию и образованию больших планет. Но после рождения взаимодействие этих планет с оставшимся газо-пылевым материалом может привести к тому, что они покидают свой "дом" и устремляются в огненные области вблизи своего обжигающего солнца.
Никто не знает, что не дает этим тяжеловесам и любителям жары упасть на свои звезды. Возможно, планеты поднимают волны горячего газа на внешней поверхности звезды, а гравитационное влияние этих приливов не дает планетам спикировать на звезды. Но это всего лишь теория, и астрономы честно признают, что и рождение, и окончательная судьба "горячих юпитеров" — это феномены, которые мы пока просто не в состоянии понять и объяснить.
Система Ипсилон Андромеды
В 1999 году Джефф Мэрси, Пол Батлер и их сотрудники (они открыли многие из новых планет, обнаруженных после 1995 года) объявили, что не одна, а целых три большие планеты вращаются вокруг звезды Ипсилон Андромеды. Это открытие они сделали после тщательного анализа едва заметного покачивания звезды.
Ипсилон Андромеды — это звезда типа F, находящаяся на расстоянии 44 световых лет от Земли. Таким образом, она стала первой нормальной звездой, помимо Солнца, имеющей настоящую планетную систему. Заметим, что и в этом случае планеты очень массивные — больше, чем 0,7; 2,1 и 4,6 масс Юпитера. Но не все они слишком близки к солнцу. Радиусы орбит двух внешних планет сравнимы с радиусами орбит Венеры и Марса.
Планеты, пригодные для жизни?
Конечно, приятно сознавать, что существует множество планет, на которых могли бы обитать разумные существа. Но все же открытия новых планет слегка обескураживают. В конце концов, "горячие юпитеры" (или холодные, не имеет значения) трудно назвать благоприятными для развития "биологической жизни". И если эти слишком большие планеты — типичные представители планет галактики, то землянам не стоит рассчитывать на большую компанию инопланетных цивилизаций.
Впрочем, такое положение дел маловероятно. Метод, используемый для нахождения планет, — поиск допплеровского смещения в спектре звезд — идеально подходит именно для открытия гигантских планет, близко расположенных к своим звездам, т. е. "горячих юпитеров". Такой поиск можно сравнить с исследованием африканской саванны с вертолета. Конечно, слонов и носорогов вы увидите, а вот мышей и комаров — вряд ли. Ученые нашли большие планеты, потому что это легче всего. Возможно, малых планет очень много, но пока мы не создадим телескопы нового типа, открыть их будет очень трудно.
Если вас интересуют самые последние новости о поиске внесолнечных планет, посетите сайт по адресу cfa-www.harvard.edu/planets, где есть также ссылки на многие другие сайты по этой теме.
Поиски продолжаются
Хотя поиск радиосигналов — это излюбленный метод SETI-сообщества, ученые демонстрируют растущий интерес к поиску сильных световых сигналов от звезд. Мощные лазеры, особенно работающие в инфракрасном диапазоне, могут генерировать невероятно яркие кратковременные вспышки света. Эти вспышки способны даже затмить Солнце примерно на триллионную долю секунды (по крайней мере в диапазоне излучения лазера). Вполне возможно, что инопланетяне пытаются привлечь наше внимание, направляя мощные лазеры в нашу сторону. Первые неуверенные шаги в программе Optical SETI (Поиск внеземных цивилизаций в оптическом диапазоне), уже сделаны.
Минуло больше 40 лет с тех пор, как Фрэнк Дрейк сделал первые попытки познакомить нас с инопланетянами. Но с тех пор наши телескопы не перехватили ни одного подтвержденного инопланетного сигнала. Правда, нужно признать, что до настоящего времени возможности поиска были весьма ограничены. С дальнейшим развитием технологий (и, надеемся, увеличением финансирования) шансы на успех будут возрастать. И, возможно, очень скоро в один прекрасный день мы будем ломать голову над сигналом, пришедшим из холодных глубин Космоса. Наверное, это будет важный урок для нас. Мы задумаемся о смысле жизни или, по меньшей мере, о законах физики. Но, самое главное, мы наконец узнаем, что не одиноки во Вселенной.
Эта глава была написана в сотрудничестве с д-ром Сетом Шостаком, специалистом по общественным программам института SETI в Маунтин-Вью, штат Калифорния.
Глава 15
Темная материя и антиматерия
В этой главе…
Зачем нужна темная материя
Природа темной материи
Поиск таинственной материи
Что такое антиматерия
Звезды и галактики — это сияющие россыпи в ночном небе, но эти великолепные бриллианты составляют всего лишь незначительную долю всей материи космоса. Оказывается, во Вселенной намного больше материи, которую мы не видим.
В этой главе вы узнаете, что такое темная материя, почему астрономы уверены в ее существовании и какие эксперименты могут пролить свет на природу этого таинственного, невидимого вещества. Я расскажу также еще об одном экзотическом типе материи во Вселенной — антиматерии. Да, антиматерия существует в реальном мире, а не только в фантастических книгах. Причем реальность не менее поразительна, чем фантастические книги, телевизионные шоу и кинофильмы на эту тему.
