Гледайки небето в ясна нощ, можете да бъдете сигурни в онова, което нашите предци дори не са подозирали: поне една планета се върти около почти всяка звезда.
Световете в орбитите на други звезди се наричат "екзопланети" и варират от гигантски газови гиганти, по-големи от Юпитер, до малки скалисти планети като Земята или Марс. Далечните планети могат да бъдат достатъчно горещи, за да се стопи метал върху повърхностите им, или като ледени снежни топки. Много от тях се въртят толкова бързо и тясно около своите звезди, че годината им продължава няколко земни дни. Някои може да имат две слънца. Има странници, изгонени от техните системи, тези, които се скитат в тъмното из галактиката.
Млечният път е огромно семейство звезди, обхващащо приблизително 100 000 светлинни години. Неговата спирална структура съдържа около 400 милиарда жители и нашето Слънце е сред тях. Ако всяка от тези звезди има не една планета в своята орбита, а няколко, както в Слънчевата система, тогава броят на светове в Млечния път е просто астрономически: броят отива до трилиони.
Звездните системи, които живеят в Млечния път. Кредит: ESA / Hubble / ESO / M. Корнмесер.
В продължение на няколко века човечеството се замисля за възможността за съществуване на планети около далечни звезди и сега с увереност казваме, че съществуват извънсоларни светове. На най-близката ни съседка, Проксима Кентавър, наскоро беше открита скалиста планета и тя вероятно не е сама. Разстоянието до него е приблизително 4,5 светлинни години или 40 трилиона километра. Повечето открити екзопланети обаче се намират на стотици или хиляди светлинни години.
Лоши новини: все още нямаме начин да стигнем до тях. Добрата новина е, че можем да ги гледаме, да измерваме температурите, да „усещаме“атмосферата и може би скоро да откриваме признаци на живот, скрити в полумрака от тези далечни светове.
Първата екзопланета, излязла на световната арена, беше 51 Pegasi b, „горещ Юпитер“на 50 светлинни години от нас, който обикаля около звезда за 4 земни дни. Преломният момент, след който извънсоларните планети станаха нещо обичайно, дойде през 1995 година.
Художествено представяне на горещ юпитер. Кредит: ЕСО.
Промоционално видео:
Преди 51 Pegasi b имаше няколко кандидати. Екзопланетата, известна днес като Тадмор, е открита през 1988 година. Въпреки че съществуването му беше поставено под въпрос през 1992 г. поради недостатъчно доказателства, десет години по-късно допълнителни наблюдения потвърдиха, че планета е направила орбита около Гама Цефей А. След това, през 1992 г., е открита система от „планети пулсар“. Тези светове се въртят около мъртва звезда, пулсарът PSR 1257 + 12, който се намира на 2300 светлинни години от Земята.
Сега живеем във вселена от екзопланети. Техният брой непрекъснато се увеличава и в момента броят на потвърдените планети извън Слънчевата система е преминал границата от 3700, но през следващото десетилетие графикът може да скочи до десетки хиляди.
Как стигнахме до това?
Ние сме на прага на големи открития. Ерата на ранното изследване и първите потвърдени екзопланети поставят началото на следващата фаза: ловът за далечни светове с по-бдителни и усъвършенствани телескопи в космоса и на земята. Някои от тях са натоварени с провеждането на точно преброяване на населението, като се изчисляват различните размери и видове екзопланети. Други изследват отделните светове, тяхната атмосфера и техния потенциал да поддържат живота.
Пряката визуализация на екзопланетите, тоест действителните им образи, играят все по-значима роля, въпреки че учените са достигнали до сегашното ниво на познание главно чрез косвени средства. Двата основни метода са колебание и затъмнение.
Анимация, съставена от изображения на четири масивни екзопланети, обикалящи около млада звезда HR 8799. Кредит: Джейсън Уанг / Кристиан Маруа.
Първият се основава на фиксиране на различни трептения на звездите под влиянието на гравитацията на орбитална планета. Тези отклонения характеризират масата на екзопланетата. Методът позволява потвърждаване на първите кандидати, включително 51 Pegasi b, и общо около 700 свята са открити чрез измерване на радиалната скорост.
Но по-голямата част от екзопланетите се намират чрез транзитния метод, който се основава на улавяне на невероятно мъничък спад в светимостта на звезда, когато планета пресича диска си. Тази стратегия за търсене показва размера на обекта. Космическият телескоп на НАСА „Кеплер“, стартиран през 2009 г., откри около 2700 потвърдени екзопланети по този начин. И до днес той открива нови светове, но, за съжаление, ловът му скоро ще приключи, тъй като горивото свършва.
Всеки метод има своите плюсове и минуси. Измерването на радиалната скорост показва масата на планетата, но не предоставя информация за нейния диаметър. Транзитът говори за размера на извънчежния свят, но не позволява определянето на масата.
Но когато няколко метода се използват заедно, можем да получим важни данни за планетарната система без директна визуализация. Най-добрият пример е TRAPPIST-1, на около 40 светлинни години, в който седем планети с размерите на Земята обикалят около малко червено джудже.
Планетите, които обикалят около ултра-хладното червено джудже TRAPPIST-1 в сравнение със Земята. Кредит: ESO / M. Корнмесер.
Семейството TRAPPIST-1 е изследвано от наземни и космически телескопи. Изследванията показват не само диаметрите на седем плътно натъпкани планети, но и тяхното фино гравитационно взаимодействие помежду си. Сега знаем техните маси и диаметри, можем да изчислим температурата на повърхността и дори да познаем цвета на небето на всеки от тях. Въпреки че все още не е известно много за тези седем планети, включително дали са покрити с океани или ледена кора, TRAPPIST-1 се превърна в най-изследваната звездна система освен нашата.
Какво следва?
Следващата стъпка ще бъде ново поколение космически телескопи. На първо място, TESS, който трябва да стартира на 16 април 2018 г. Този модерен инструмент ще проведе почти цялостно проучване на близките ярки звезди в търсене на транзитни планети.
TESS ще избере най-добрите кандидати за по-внимателна проверка от космическия телескоп James Webb, който ще излезе в космоса през 2020 г. Наследникът на Хъбъл, с огромното си огледало, ще събира светлина директно от самите планети, която след това може да бъде разложена в спектър, един вид баркод, показващ какви газове присъстват в атмосферата на екзопланетата. Основните цели на телескопа ще бъдат "суперземли".
"Ловец" за екзопланети TESS. Кредит: НАСА.
Днес се знае малко за този клас извънсоларни светове, включително дали са обитаеми. Причината за това е отсъствието на свръхземни аналози в Слънчевата система. Ако имаме късмет, един от тях ще покаже признаци на кислород, въглероден диоксид и метан в атмосферата си. Въпреки това, ловът за атмосферите на планети с големината на Земята ще трябва да бъде отложен до следващото поколение космически телескопи през 2030-те години.
Благодарение на телескопа Кеплер вече знаем, че звездите над нас са заобиколени от планети. И можем да сме сигурни не само в огромно разнообразие от екзопланетни съседи, но и в това, че приключението тепърва започва.
Роман Захаров
