Пятая Пятьдесят пятой

У находящейся неподалёку от нас и похожей на Солнце звезды обнаружена рекордная, пятая планета. Планета 55 Рака f расположена в так называемой «обитаемой» зоне, в которой возможно существование жизни, как мы её знаем. Впрочем, сама планета для жизни слишком большая, однако эта планетная система, скорее всего, таит в себе новые, подобные Земле миры.

Американские астрономы под руководством Дебры Фишер из Университета Сан-Франциско объявили об обнаружении у близкой к Земле звезды 55 Рака (читается «Пятьдесят пятая Рака», 55 Cancri, 55 Cnc, известна также как «ро 1» Рака) рекордной, пятой по счёту планеты. До сих пор она разделяла рекорд – четыре известные планеты – со звездой «мю» южного созвездия Жертвенник (Ara). Теперь северному Раку принадлежит единоличный рекорд.

Орбита новой планеты находится внутри так называемой «обитаемой зоны», в пределах которой возможно существование жидкой воды, а значит – и жизни в том виде, который известен человеку. Теперь эта планетная «семья», расположенная всего в 41 световых годах, заняла первое место в неофициальном «рейтинге схожести» с Солнечной системой. И астрономы считают, что у 55 Рака вполне может обнаружиться что-то очень похожее на Землю.


Имена внесолнечных планет

Вновь открытые у других звёзд планеты астрономы называют не слишком романтично – к имени звезды приписываются по очереди строчные буквы латинского алфавита, начиная с «b». Буква «a» зарезервирована для самой звезды, а заглавные буквы обозначают компоненты кратных звёздных систем.

Например, ближайшая к нам звезда «альфа» Центравра, или Толиман, на самом деле является тройной системой, и если у её главной компоненты обнаружатся планеты, они получат названия «альфа» Центавра Ab, «альфа» Центавра Ac (Толиман Ab, Толиман Ac) и так далее. Пока планеты известны лишь у одной из компонент кратной звёздной системы, соответствующую заглавную букву обычно опускают («альфа» Центавра b, «альфа» Центавра c и так далее).

Сама звезда 55 Рака является двойной – она состоит из жёлтого карлика 55 Рака A и слабого красного карлика 55 Рака B. Первый спутник звезды 55 Рака А – 55 Рака b (или 55 Рака Ab) был обнаружен ещё в 1996 году, превратив невзрачную на вид звёздочку, едва заметную невооружённым глазом в созвездии Рака, в четвёртую известную человечеству звезду, у которой имеется планетная система. Системой её, впрочем, назвать было трудно – астрономы Джеффри Марси и Пол Батлер нашли тогда всего один спутник – планету с массой Юпитера. При этом она располагалась в несколько раз ближе к своей звезде, чем Меркурий к Солнцу, делая полный оборот вокруг неё всего за две с небольшим недели.

Однако уже через шесть лет здесь нашлись ещё две планеты – исполин 55 Рака c массой в четыре Юпитера, обращающийся вокруг 55 Рака по орбите чуть шире юпитерианской орбиты в Солнечной системе, и планету 55 Рака d массой в половину массы Сатурна, расположенную примерно вдвое дальше первенца-«юпитера». А ещё через год с небольшим объявился четвёртый спутник – планета 55 Рака e с массой Нептуна (в 15 раз тяжелее Земли), обегающая 55 Рака всего за 3 дня. Этот «нептун», или «супер-земля», как их позднее стали называть, находится так близко к своей звезде, что её поверхность должна быть нагрета до почти тысячи градусов по шкале Цельсия. Как долго планета, активно испаряющаяся при такой высокой температуре, может прожить – до сих пор не вполне ясно.

В общем, на первый взгляд, система 55 Рака не так уж сильно похожа на Солнечную.

Однако у этой планетной «семьи» было одно очень важное свойство, сближающее её с нашей: орбиты планет, обращающихся вокруг 55 Рака, являются круглыми.

Да и сама звезда 55 Рака не так сильно отличается от Солнца. Она чуть-чуть (на 13%) менее массивна и немногим старше нашей звезды, при этом Солнце вдвое ярче 55 Рака. У большинства других планет, открытых в прошлом десятилетии, орбиты были сильно вытянуты. А планетные системы с вытянутыми орбитами, как правило, нестабильны – они сильно подвержены захватам одного тела другим. Кроме того, довольно проблематично размышлять о жизни на поверхности планет с сильно вытянутыми орбитами, которые то приближаются к своей звезде, разогреваясь до сотен градусов по Цельсию, то удаляются, остывая до температуры замерзания кислорода.

Методы обнаружения внесолнечных планет

Астрономам известны пять основных методов обнаружения внесолнечных планет.

Во-первых, это метод прямых наблюдений - мы можем элементарно увидеть планету рядом с другой звездой, подобно тому, как видим планеты нашей звёздной системы. Впрочем, хотя сфотографировать гигантскую планету у другой звезды таким способом однажды удалось, обнаружена она была другим способом. Тем не менее, развитие телескопов позволяет надеяться, что скоро метод прямых наблюдений станет именно методом обнаружения.

Во-вторых, это доплеровский метод: измеряя смещение линий различных элементов в спектре звезды, астрономы могут заметить периодические изменения её скорости, связанные с обращением светила вокруг центра масс системы звезда-планета. Этот метод особо чувствителен к массивным планетам, расположенным рядом со своими светилами. При этом желательно видеть орбиту системы «с ребра» - в противном случае никаких изменений скорости не будет. Этим методом были открыты большинство внесолнечных планет. Его небольшая модификация - измерение моментов прихода импульсов от пульсаров - работает для этого типа небесных объектов.

Третий метод - астрометрический: астрономы измеряют смещение положения звезды, также вызванное её обращением вокруг общего с планетой центра масс. Выглядит такое смещение, как «виляние» звезды в стороны от средней траектории её перемещения по небу относительно более далёких звёзд. Этот метод также чувствителен к массивным спутникам звезды, однако расположенным, напротив, на относительно большом от неё расстоянии. Кроме того, он работает лишь для близких звёзд. Пока таким методом открывались лишь спутники-звёзды, планеты слишком маломассивны, чтобы вызвать заметное смещение.

Четвёртый метод, активно развивающийся в настоящее время - метод транзитов. Астрономы следят за блеском большого количества звёзд. Если плоскость орбиты планеты пересекает диск звезды, будут происходить регулярные «частные затмения» или прохождения планеты по диску звезды. Хотя заметить крохотный диск планеты на неразличимом в телескоп диске звезды нельзя, блеск звезды чуть ослабнет. Этот метод чувствителен к крупным спутникам, однако требует, чтобы мы смотрели на систему «с ребра»: в противном случае затмений не будет. Данным методом большинство внесолнечных планет открывается в настоящее время.

Пятый метод - гравитационное линзирование. Если звезда с планетой проходит перед какой-то далёкой звездой, блеск последней будет увеличиваться за счёт эффекта гравитационного линзирования. Наличие планеты чётко отметится на кривой блеска в виде дополнительного пика. Так были открыты несколько планет массой, близкой к массе Земли. Кроме того, возможны различные вариации этого метода - например, можно наоборот, искать планету у звезды-источника с помощью расположенной на луче зрения звезды-линзы. Недостаток этого метода - единичность каждого события. Поймав одно событие гравитационного линзирования, от данной звезды-линзы, следующего события нужно ждать очень долго.

У новой планеты (55 Рака f) орбита также почти круговая радиусом в118 миллионов километров (это 0,78 средних расстояний от Земли до Солнца – так называемых астрономических единиц). Масса её примерно в 40-50 раз превышает массу Земли, а один оборот вокруг своего солнца она делает за 261 день. Таким образом, в системе 55 Рака новая планета массой в половину Сатурна расположена примерно там, где в Солнечной системе находится раскалённая Венера.

Однако благодаря тому, что светимость 55 Рака вдвое ниже, на поверхности 55 Рака f не так жарко – там вполне может присутствовать жидкая вода. Правда, твёрдой поверхности у этой планеты нет – при такой массе она должна быть газовым гигантом наподобие того же Сатурна, однако жидкая вода может иметься на поверхности её спутников. Пока обнаружить их астрономическими средствами не представляется возможным.

Кроме того, сама конфигурация планетной системы 55 Рака – газовый исполин в 6 астрономических единицах от звезды и четыре тела меньшей массы, расположенные ближе одной астрономической единицы – подсказывает, что в прогале между ними вокруг 55 Рака должны обращаться и другие планеты. Более того, они должны быть похожи на Землю, так как ещё один газовый исполин, по подсчётам Фишер и её коллег, нарушил бы устойчивость системы.

То, что подобные Земле планеты в системе до сих пор не обнаружены, не удивительно. Американские астрономы использовали так называемый доплеровский метод, измеряя скорость, с которой 55 Рака удаляется от нас. Благодаря тому, что звезда и планеты на самом деле обращаются вокруг общего центра масс, эта скорость слегка меняется. Несколько планет можно обнаружить, выделяя периодические возмущения скорости в массиве данных, подобно тому, как слух выделяет различные ноты в звуковом давлении воздуха.

Эффект Доплера

Это изменение частоты колебаний или длины волн, воспринимаемых наблюдателем (приёмником колебаний), вследствие движения источника волн и наблюдателя относительно друг друга. Эффект Доплера имеет место при любом волновом процессе распространения энергии. Основная его причина - изменение числа волн, укладывающихся на пути распространения между источником и приёмником. При сохранении длины волн, испускаемых источником, это приводит к изменению числа волн, достигающих приёмника в каждую секунду, то есть к изменению частоты принимаемых колебаний.

Для упругих волн (звуковых, сейсмических) и в общем случае для электромагнитных волн (света, радиоволн) изменение частоты зависит от скорости и направления движения источника и наблюдателя относительно среды, в которой распространяется волна. Особый случай составляет распространение электромагнитных волн в свободном пространстве (вакууме). В этом случае изменение частоты определяется только скоростью и направлением движения источника и наблюдателя относительно друг друга, что является следствием принципа относительности Эйнштейна.

Эффект Доплера для звуковых волн может наблюдаться непосредственно. Он проявляется в повышении тона звука, когда источник звука и наблюдатель сближаются (за 1 сек наблюдатель воспринимает большее число волн), и соответственно в понижении тона звука, когда они удаляются.

Самые сильные возмущения в скорость звезды вносят именно массивные планеты, расположенные рядом со звездой и обращающиеся по вытянутым орбитам. По мнению профессора Чарли Лайнвивера из Австралийского национального университета, неудивительно поэтому, что обнаруженные до сих пор планетные системы совсем не похожи на Солнечную: маломассивные планеты на больших круглых орбитах вносят слишком незаметный вклад в возмущения скорости звезды. Точность измерения скорости по методу Доплера составляет в настоящее время около 1 метра в секунду. Для обнаружения планет, похожих на Землю, нужно увеличить её до дециметров и сантиметров в секунду.

По мнению Джеффри Марси, который также входит в команду, обнаружившую 55 Рака f, тело с массой Земли можно будет обнаружить в течение ближайших пяти лет.

Возможно, она станет ближайшей к Земле похожей на Землю планетой. Если Марси прав, и планету удастся обнаружить за пять лет, и если вдобавок на ней успела развиться разумная жизнь, ответа от братьев по разуму мы дождёмся к концу XXI века. Пять лет на поиски, 41 год на то, чтобы наше сообщение дошло до 55 Рака, и столько же – на ответ. Ждём 2094 года.

© gazeta.ru / 2007-11-07