Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли

Лучи холодного зимнего солнца струились сквозь стекло как раз одного такого окна на третьем этаже физического факультета Вашингтонского университета, откуда открывался изумительный вид на затянутую легкой дымкой панораму Сиэтла. Мне было не до того: я представляла себе, как истерзанный экземпляр моей книги мокнет в луже.

В кресле напротив меня сидел пышнобородый Том Куинн, астрофизик, потративший не одно десятилетие на моделирование процессов формирования планет. В течение последних десяти минут я испытывала его терпение, нудно перебирая возможные темы для будущего опуса, публикацией которого надеялась изменить мир. И вот мы подошли к моменту истины: мне захотелось узнать, есть ли что-то такое, что могло бы заставить специалиста в области планетологии признать книгу о других мирах полной ахинеей? Я ожидала, что Куинн начнет загибать пальцы на руках, перечисляя темы, которые обязательно нужно осветить. В самом начале его списка наверняка будут горячие юпитеры – уже обнаруженные планеты, которые обращаются вокруг звезд, похожих на нашу собственную. После их открытия все известные теории образования планет отправились в мусорную корзину. За горячими юпитерами, наверное, последуют загадочные суперземли, отличающиеся размерами от всего, что обращается вокруг Солнца. Что это вообще такое – миниатюрные газовые планеты с удушливыми атмосферами или планеты из твердых скальных пород, но только куда более массивные, чем Земля?

Пожалуй, потом Куинн упомянет планеты, которые, подобно вымышленной родной планете Люка Скайуокера, обращаются вокруг двух звезд-близнецов, или, наоборот, вспомнит о планетах без звезды. Еще есть планеты, траектории движения которых настолько вытянуты, что смена сезонов на них подобна прыжку из домны в морозильник; планеты, где солнце никогда не заходит; планеты, вся поверхность которых покрыта водой или расплавленной лавой. Или же Куинн мог бы сказать, что следующим большим прорывом станет открытие планет наподобие Земли – с изрезанными береговыми линиями, давшими приют причудливым формам жизни.

Куинн ничего не стал перечислять. Он решил не ходить вокруг да около.

«Наши знания о планетообразовании далеки от полноты, – сказал он. – Мы пока видели лишь крохотную часть всего, что есть в космосе. Если вы станете преподносить наши знания как исчерпывающее описание того, что существует на самом деле, ваша книга точно полетит в окно».

Куинн хотел сказать, что планеты с их тайнами остаются для нас не меньшей загадкой, чем слон для слепцов. Мириады миров в космосе – незримое существо, которое мы силимся познать по доступным нам сейчас небольшим кусочкам.

Звездный радар

Если бы в 1968 г. Мишель Майор не выбрался из ледяной расщелины, в которую он случайно угодил в горах, честь открытия первой планеты, обращающейся вокруг другого солнца, досталась бы кому-то еще.

Тяга к приключениям была у Майора в крови. Он родился в 1942 г. в Лозанне на берегах Женевского озера в семье любителей активного времяпрепровождения. Со временем детское увлечение переросло в страсть к опасным видам спорта – спуску на лыжах с горных вершин и скалолазанию. Нет ничего удивительного, что в 26 лет он оказался на волосок от гибели, сорвавшись с обледеневшего края утеса. Не исключено, что одержимость Майора движением звезд объясняется как раз этой любовью к высокогорью.

Докторская диссертация, над которой он работал в Женевском университете, была посвящена выявлению незначительных отклонений в траектории звезд, вызванных гравитационным воздействием спиральных рукавов Галактики. Это исследование было невозможно без сверхточного измерения скоростей звезд, и Майор непрерывно работал над усовершенствованием методов проведения таких измерений. Ему удавалось фиксировать все малозаметные изменения в движении звезд, даже самые незначительные их колебания стали доступны для наблюдения. Речь шла о колебаниях, вызванных объектом, который был несравнимо меньше самой звезды, – о легчайших толчках, исходящих от невидимой планеты.

Главное препятствие при поиске планет – то, что звезды такие большие и яркие. Даже от поверхности Юпитера – самой массивной планеты в нашей Солнечной системе – отражается всего лишь одна миллиардная попадающего на нее солнечного света. Это очень затрудняет процесс обнаружения планет, вращающихся вокруг другой звезды, свет от которой кажется крошечной точкой в небе. Однако, согласно методике Майора, астрономы и не должны пытаться разглядеть саму планету. Вместо этого следует измерять колебания звезды при обращении планеты вокруг нее.

Когда заходит речь об орбитах, мы обычно представляем себе, как объект меньшего размера движется вокруг более массивного стационарного тела, например как Земля движется вокруг Солнца или как Луна движется вокруг Земли. На самом деле тела притягиваются друг к другу, а потому они оба находятся в движении. Такая пара обращается вокруг своего центра масс – точки в пространстве, в которой силы притяжения двух тел уравновешивают друг друга.