Дмитрий Брашнов - Удивительная астрономия

• Название: Удивительная астрономия
• Автор: Дмитрий Брашнов
• Жанр: Прочая научная литература

Книга посвящена чрезвычайно увлекательному предмету, который, к сожалению, с недавних пор исключен из школьной программы, – астрономии. Читатель получит представление о природе Вселенной, о звездных и планетных системах, о ледяных карликах и огненных гигантах, о туманностях, звездной пыли и других удивительных объектах, узнает множество интереснейших фактов и, возможно, научится мыслить космическими масштабами. Книга адресована всем, кто любит ясной ночью разглядывать звездное небо.

---

Транснептуновые объекты иногда называются ледяными карликами . Если астероиды состоят из металла или каменистой породы, то ледяные карлики сложены из водяного и метанового льда с примесью камней. Основная часть этих объектов находится в Поясе Койпера , который начинается за орбитой Нептуна, то есть в 30 астрономических единицах от Солнца, и простирается до окраин Солнечной системы (на 100–150 астрономических единиц от нашей звезды).

Среди малых планет есть несколько особо крупных тел, имеющих близкую к шарообразной форму, которые трудно зачислить в обычные астероиды. Можно сказать, что эти объекты – великаны среди гномов.

Такие космические тела условно назвали карликовыми планетами . Их на сегодня известно лишь пять, причем только одна из них находится в Поясе астероидов, тогда как остальные четыре принадлежат к Поясу Койпера. Эти объекты – Церера, Плутон, Хаумеа, Макемаке и Эрида. Об их природе речь пойдет в следующих главах.

Поиск других планетных систем

«Одинокие», не имеющие планетной системы звезды, вероятно, нередки в космосе. Поэтому поиск звезд, обладающих собственными планетами, требует немалых трудов. Первым открытиям предшествовало множество заблуждений. Одним из них было предположение о наличии планет вокруг летящей звезды Барнарда .

Эта звезда была случайно открыта в 1916 году и получила тогда свое название «летящая» из-за относительно высокой скорости по сравнению с соседними звездами. Наблюдения за летящей звездой велись с 1938 по 1978 год, то есть сорок лет. За это время были сделаны 2400 фотографий светила, с помощью которых удалось установить, что звезда движется весьма неровно, ее словно что-то раскачивало в пространстве.

Так «раскачивать» звезду может лишь массивная планета или даже несколько массивных планет. Поскольку у звезды и ее спутника есть общий барицентр, то при большой массе планеты он смещается далеко от центра звезды, и светило начинает «вилять» в течение своего полета.

...

Нечто отдаленно похожее происходит с отцом, который во время игры крутит вокруг себя сынишку. Со стороны видно, что отец, стараясь сохранить равновесие, не держит спину прямо, а наклоняется в ту или другую сторону. Но если бы он крутил котенка, то всегда бы держал спину прямо, потому что у котенка слишком маленькая масса, которая не способна «раскачать» папу.

Впоследствии более точные измерения показали, что летящая звезда все-таки не отклоняется от прямого пути, а значит, никаких гигантских планет вокруг нее не обращается. Несколько подобных ошибок было допущено наукой на протяжении второй половины ХХ века. Однако от такого метода поисков (астрометрического) до сих пор не отказались, он совершенствуется и продолжает помогать ученым.

Наряду с астрометрическим в обсерваториях применяется и метод Доплера . Его смысл состоит в том, чтобы по изменениям в свечении обнаружить признаки «раскачивания» звезды планетами. Дело в том, что из-за планетного притяжения звезда приобретает небольшую добавочную скорость – так называемую кеплеровскую скорость . Скажем, кеплеровская скорость Солнца, приобретаемая под воздействием Юпитера, составляет 12,5 м/с, Сатурна – 2,7 м/с, Земли – 10 см/с. Кеплеровские скорости приводят к изменениям в потоке излучения, идущем от звезды, и эти изменения при соблюдении определенных условий нетрудно измерить.

Активная «охота на планеты» началась в 1987 году, но лишь в 1994 году у звезды 51Peg в созвездии Пегаса впервые удалось обнаружить не призрак, а реальную экзопланету, получившую обозначение строчной латинской буквой b . Только после тщательной проверки данных, продлившейся почти год, ученые опубликовали ошеломляющую новость.

Созвездие Пегаса и звезда 51Peg

Сомнения вызывали полученные сведения о природе планеты. Измерения четко показывали, что каждые 4,2 земных суток у звезды менялась кеплеровская скорость, причем на 60 м/с. Это говорило о том, что вокруг светила обращается массивная планета, похожая на Юпитер, но которая находится к своей звезде в 8 раз ближе, чем Меркурий к Солнцу, и совершает полный оборот на орбите за 100 часов.

Поверить в это было трудно: ведь мы привыкли к тому, что гигантские планеты удалены от Солнца, да и ближайший к нашему дневному светилу Меркурий «старается» держаться от звезды на расстоянии 58 млн км, тогда как экзопланету 51Pegb и ее звезду разделяют немногим более 7 млн км. Естественно, ученые предположили, что дело в неисправности оборудования, и решили провести повторные замеры. Но на этот раз планете расставили хитрую ловушку.

В марте 1995 года Земля вышла на такой участок орбиты, с которого не просматривалось созвездие Пегас, поскольку оно было заслонено от земного наблюдателя Солнцем. Звезда 51Peg должна была выйти из-за солнечного диска в июле того же года. Зная период обращения предполагаемой планеты, астрономы вычислили, какой будет кеплеровская скорость 51Peg в момент появления Пегаса на земном небе. Вычисления полностью совпали с реальностью. Стало быть, ученые столкнулись не с ошибкой приборов и не с пульсацией звезды, а с удивительной новой планетой.

Впоследствии астрономам, применяющим и многие другие методы изучения звезд, удалось обнаружить еще несколько необычных планет-гигантов, которые из-за близости к звезде прозвали «горячими юпитерами». Самое первое открытие экзопланеты подсказало ученым, что планетные системы не обязательно будут похожи на Солнечную. И в дальнейшем это подтвердилось. Оказалось, что планеты-гиганты обычно располагаются ближе к звезде.

Астрономов это не очень удивило. Ведь именно так ведут себя планетные луны в нашей системе. Если посмотреть на спутники Юпитера, Сатурна и прочих планет, то можно увидеть, что крупнейшие из лун всегда находятся вблизи планеты, вокруг которой обращаются. А маленькие луны располагаются в удалении. Чем дальше спутник от своей планеты, тем он мельче в размерах.

Таким образом, выяснилось, что не чужие планетарные системы являются странными, а наша старая добрая Солнечная система оказалась исключением из правил. Почему же расположение планет у нас нетипично? Никому не известно. Это – одна из самых больших тайн Вселенной.

После обнаружения экзопланеты в созвездии Пегаса поиск таких объектов значительно ускорился и открытия посыпались, точно из рога изобилия. На февраль 2012 года было открыто 693 планеты вокруг 552 звезд, причем 13 новооткрытых экзопланет были зарегистрированы в каталогах именно в феврале, а еще 6 – в январе.

При таких темпах изучения космоса у астрономов появилась возможность судить о том, насколько часто встречаются планетные системы в Галактике. Пока затруднительно сделать однозначный вывод о красных карликах и некоторых других классах звезд, потому что их крайне сложно исследовать. Но среди солнцеподобных светил классов G и F на каждые 25 звезд приходится одно светило с планетной системой.

Планетных систем известно гораздо меньше, чем звезд, обладающих планетами. Дело в том, что астрономам проще обнаружить рядом со светилом одну гигантскую экзопланету. Обнаружить сразу несколько планет непросто. Если не считать Солнечную систему, науке известно 67 планетных систем. В сорока пяти из них обнаружено только по две планеты, в двенадцати – три планеты, в пяти – четыре планеты и в трех – пять планет. Лишь две звезды достоверно обладают полноценными планетными системами из шести планет – это HD 10180 и Kepler-11. Остальные шесть сотен звезд имеют в своем сопровождении по одной экзопланете.

Жизнь вне Земли

Сразу нужно признаться, что никаких доказательств существования жизни на других планетах у астрономов нет. Более того, ложные скороспелые сенсации и ошибки прежних лет убедили в том, что жизнь представляет собой чрезвычайно редкое явление во Вселенной. И скорее всего уникальное. Тем не менее наука упорно ведет поиск миров, которые могут оказаться обитаемы. Современных знаний достаточно, чтобы предположить, какие существа могут населять ту или иную пригодную для жизни планету.

При этом астрономы обращаются за помощью к биологам, чтобы больше узнать о свойствах земных обитателей. Конечно, всегда можно предположить, что где-то далеко-далеко в Галактике встречаются организмы, полностью отличающиеся от земных: они любят холод до –200 °C, дышат чистым хлором и вместо воды пьют жидкий метан. Вот только много ли даст науке такое предположение? Неужели оно позволит нам найти заселенные планеты? Увы, нет. Выдумывать можно до бесконечности, но чем больше мы насочиняем, тем больше затрудним себе поиск.

Живые существа, обитающие на Земле, жестко зависят друг от друга. Отдельные виды действительно хорошо приспособлены к экстремальным условиям: большим давлениям, нехватке или отсутствию кислорода для дыхания, высоким температурам и т. д. Но что если изолировать этот отдельный вид от прочих организмов? Он наверняка вымрет, потому что живое поддерживает себя лишь как целое. Поэтому ученые выделяют на нашей планете особую оболочку – биосферу . Так называется всепланетная экосистема, в которой объединены сложными отношениями растения, животные и микробы. Виды объединяют пищевые отношения, отношения взаимопомощи и многие другие. Малейшие изменения в одной части биосферы рано или поздно сказываются во всех остальных ее частях. Прочная связь объединяет обитателей морских пучин, лесных дебрей, скалистых высокогорий, подземных озер. Поэтому биологи убеждены: если на планете нет биосферы – значит, нет и жизни.