Вир сві­тів Які від­кри­т­тя зро­бив те­ле­скоп «Ке­плер»

За що ми ма­є­мо бу­ти вдя­чні те­ле­ско­пу «Ке­плер»

Ukrainskiy Tyzhden - - ЗМIСТ МАЄ ЗНАЧЕННЯ - Олег Фея

30 жов­тня че­рез ви­чер­па­н­ня за­па­сів паль­но­го NASA від­клю­чи­ла те­ле­скоп «Ке­плер». За май­же 10 ро­ків ро­бо­ти апа­рат спо­сте­рі­гав за 530 тис. зі­рок, у яких ви­явив 2662 пла­не­ти, а та­кож біль­ше ніж 4 тис. кан­ди­да­тів у пла­не­ти. Ро­бо­та «Ке­пле­ра» роз­ши­ри­ла на­ші зна­н­ня про сві­ти бі­ля ін­ших зір: на­ра­зі вва­жа­є­ться, що в на­шій га­ла­кти­ці близь­ко 100 млрд пла­нет, із яких 20% схо­жі на Зем­лю.

Спе­ку­ля­ції дов­ко­ла на­яв­но­сті пла­нет в ін­ших зо­ря­них си­сте­мах почалися ще з ХІХ сто­лі­т­тя, але пер­ші ек­зо­пла­не­ти бу­ли від­кри­ті ли­ше в 1992 ро­ці. Поль­ський астро­ном Александр Воль­щан із ка­над­цем Дей­лом Фрей­лом опу­блі­ку­ва­ли ста­т­тю про пла­не­тну си­сте­му пуль­са­ра PSR 127+12. Во­ни по­мі­ти­ли ко­ли­ва­н­ня ча­сто­ти си­гна­лу від пуль­са­ра й зро­би­ли ви­сно­вок про дві пла­не­ти, у кіль­ка ра­зів біль­ші за Зем­лю, що обер­та­ю­ться нав­ко­ло ньо­го. Пуль­сар — ней­трон­на зір­ка, за­ли­шок від ті­єї, що ко­лись існу­ва­ла. Най­імо­вір­ні­ше, ці пла­не­ти ви­ни­кли вже пі­сля ви­бу­ху на­дно­вої, зі ски­ну­тих нею ша­рів. А як що­до си­стем, схо­жих на на­шу?

У 1995 ро­ці пра­ців­ни­ки Же­нев­сько­го уні­вер­си­те­ту Мі­шель Ма­йор і Ді­дьє Кве­лоц зна­йшли пла­не­ту бі­ля «нор­маль­ної» зір­ки со­ня­чно­го ти­пу — Пе­га­су 51. Ек­зо­пла­не­та Пе­гас 51b (лі­те­рою a по­зна­ча­ють зір­ку, пла­не­ти по­чи­на­ю­ться з b) на­ле­жить до кла­су «га­ря­чих Юпі­те­рів» — ве­ле­тен­ських га­зо­вих пла­нет, що обер­та­ю­ться ду­же близь­ко до сво­єї зір­ки. Ва­жить що­най­мен­ше з пів-юпі­те­ра, йо­го верх­ні ша­ри роз­пе­че­ні до 1300 °С, а рік там три­ває ли­ше чо­ти­ри зем­ні дні.

Астро­но­ми ви­ко­ри­ста­ли ме­тод До­пле­ра, що до­по­міг зго­дом від­кри­ти ще 685 пла­нет. Ме­тод ґрун­ту­є­ться на ефе­кті, ві­до­мо­му з XIX сто­лі­т­тя. Якщо зір­ка від­да­ля­є­ться від нас, дов­жи­ни її сві­тло­вих хвиль збіль­шу­ва­ти­му­ться, а її спектр змі­сти­ться в чер­во­ний бік. На­при­клад, якщо жов­та зір­ка швид­ко від­да­ля­є­ться, во­на ма­ти­ме ви­гляд чер­во­ної. У ра­зі збли­же­н­ня спектр пе­ре­мі­ща­є­ться в си­ній бік. Якщо зір­ка має пла­не­тну си­сте­му, во­ни обер­та­ю­ться дов­ко­ла спіль­но­го цен­тру мас. То­му во­на то тро­хи від­да­ля­є­ться, то тро­хи збли­жа­є­ться з на­ми. За цим ко­ли­ва­н­ням і мо­жна ви­зна­чи­ти на­яв­ність пла­нет, а та­кож їхню ма­су.

Пе­гас 51b мав ве­ли­ке зна­че­н­ня — те­пер мо­жна бу­ло смі­ли­во за­яви­ти, що Со­ня­чна си­сте­ма не уні­каль­на, а пла­не­ти вза­га­лі зви­чай­ні об’єкти у Все­сві­ті. Від­кри­т­тя за­по­ча­тку­ва­ло но­вий на­прям на­у­ки — ек­зо­пла­не­то­ло­гію. У 1999 ро­ці бі­ля зір­ки Іпси­лон Ан­дро­ме­ди зна­йшли одра­зу три пла­не­ти — всі га­зо­ві гі­ган­ти. Тоб­то пла­не­ти гур­ту­ю­ться не по­оди­но­ко. Про­те з пер­ши­ми від­кри­т­тя­ми при­йшло й пев­не роз­ча­ру­ва­н­ня. На­вряд чи якесь роз­ви­не­не жи­т­тя ви­ни­кне в роз­пе­че­ній атмо­сфе­рі «га­ря­чо­го Юпі­те­ра». Як що­до ма­лень­ких пла­нет, схо­жих на Зем­лю? Якщо во­ни є, то як їх де­те­кту­ва­ти?

Це зав­да­н­ня пре­кра­сно ви­рі­шує ме­тод тран­зи­тної фо­то­ме­трії. Ко­ли ек­зо­пла­не­та про­хо­дить між зір­кою та спо­гля­да­чем, яскра­вість зір­ки тро­хи змен­шу­є­ться, адже ча­сти­на її за­кри­та пла­не­тою. Ме­те­ли­ка вно­чі важ­ко вгле­ді­ти, але, про­лі­та­ю­чи повз лі­хтар, він стає ви­ди­мим. Про­хід пла­не­ти по ди­ску зір­ки на­зи­ва­ють тран­зи­том, від цьо­го й пі­шла на­зва ме­то­ду. Ко­ли­ва­н­ня яскра­во­сті ма­ють бу­ти пе­рі­о­ди­чни­ми — то­ді мо­жна на­пев­не ска­за­ти, що ми ма­є­мо спра­ву са­ме з пла­не­тою, й об­чи­сли­ти пе­рі­од її обер­та­н­ня.

Пла­не­та роз­мі­ром із Зем­лю, про­лі­та­ю­чи повз схо­жу на Сон­це зір­ку, змен­шить її яскра­вість ли­ше на 0,008%. Але цьо­го до­ста­тньо, щоб її «зло­ви­ти». А та­кож до­від­а­ти­ся ба­га­то ін­фор­ма­ції про неї. Роз­мі­ри зі­рок астро­но­ми вста­нов­лю­ють до­сить то­чно. То­му за змен­ше­н­ням яскра­во­сті мо­жна ді­зна­ти­ся, яку ча­сти­ну пло­щі зір­ки за­ту­ляє пла­не­та, і ви­ра­ху­ва­ти її ді­а­метр. Якщо ж до обра­хун­ків до­да­ти ме­тод До­пле­ра, то ще й оці­ни­ти ма­су пла­не­ти. А зна­ю­чи ма­су й роз­мір, об­чи­сли­ти її гу­сти­ну. Зем­ле­по­ді­бні пла­не­ти в кіль­ка ра­зів щіль­ні­ші, ніж роз­рі­дже­ні га­зо­ві гі­ган­ти. То­му астро­но­ми то­чно від­ді­ля­ють одні від ін­ших. Ко­жна зір­ка ви­про­мі­нює сві­тло на рі­зних дов­жи­нах хвиль. Якщо в пла­не­ти є атмо­сфе­ра, ці хви­лі по­гли­на­ти­му­ться не­о­дна­ко­во за­ле­жно від на­яв­них там га­зів. Так уста­нов­лю­ють її хі­мі­чний склад. На­при­клад, ді­зна­ю­ться, чи є в атмо­сфе­рі во­дя­на па­ра, ки­сень, ву­гле­ки­слий газ. І це ще не все! Астро­но­ми вста­нов­лю­ють спектр зір­ки, ко­ли пла­не­та хо­ва­є­ться за нею, по­рів­ню­ють

зі спе­ктром, ко­ли во­на ви­ди­ма, і ви­зна­ча­ють її тем­пе­ра­ту­ру.

Ось так зав­дя­ки спо­сте­ре­же­н­ням за тран­зи­том пла­нет мо­жна ді­зна­ти­ся їхній роз­мір, ма­су, гу­сти­ну, склад атмо­сфе­ри, тем­пе­ра­ту­ру. І са­ме ці да­ні про­тя­гом май­же 10 ро­ків зби­рав «Ке­плер». Зви­чай­но, у тран­зи­тної фо­то­ме­трії є про­бле­ми. Не­об­хі­дна умо­ва — для тран­зи­ту пла­не­та має пе­ре­бу­ва­ти то­чно між на­ми й зір­кою. Та­ке тра­пля­є­ться над­зви­чай­но рід­ко, то­му, спо­сте­рі­га­ю­чи за 550 тис. зі­рок, «Ке­плер» від­крив ли­ше кіль­ка ти­сяч пла­нет. До то­го ж де­які ор­бі­ти за­ве­ли­кі, тож за зір­ка­ми до­во­ди­ться спо­сте­рі­га­ти дов­го, щоб по­ба­чи­ти пе­рі­о­ди­чність тран­зи­тів.

Ідея те­ле­ско­па на­ле­жить пра­ців­ни­ко­ві NASA Ві­лья­му Бо­ру­кі. Ще з 1980-х ро­ків він об­ґрун­то­ву­вав мо­жли­вість від­кри­т­тя ек­зо­пла­нет ме­то­дом тран­зи­тної фо­то­ме­трії. По­чи­на­ю­чи з 1992-го по­дав на фі­нан­су­ва­н­ня чо­ти­ри про­е­кти ко­смі­чно­го те­ле­ско­па для по­шу­ку пла­нет роз­мі­ром із Зем­лю й отри­мав ли­ше від­мо­ви. На той час ек­зо­пла­не­ти бу­ли ще не­ві­до­мі й NASA не хо­ті­ла ри­зи­ку­ва­ти со­тня­ми міль­йо­нів до­ла­рів за­ра­ди про­е­кту з при­мар­ни­ми ці­ля­ми. Пе­гас 51b усе змі­нив, і в 2001-му ко­смі­чна аген­ція взя­ла­ся за роз­роб­ку мі­сії. 7 бе­ре­зня 2009-го з ми­су Ка­на­ве­рал «ми­сли­вець за пла­не­та­ми» стар­ту­вав у свою де­ся­ти­рі­чну по­до­рож, а вже че­рез мі­сяць зро­бив пер­ші знім­ки.

Про пер­ше гу­чне від­кри­т­тя ко­ман­да мі­сії спо­ві­сти­ла 10 сі­чня 2011-го. Пла­не­та Kepler-10b ли­ше в 1,4 ра­за біль­ша за Зем­лю, у 4,5 ра­за ма­сив­ні­ша, має гу­сти­ну 8,8 г/см3 (що пе­ре­ви­щує гу­сти­ну за­лі­за). Її зір­ка — ста­рий жов­тий кар­лик за 564 сві­тло­ві ро­ки від Сон­ця. Пла­не­та схо­жа на пе­кло: за тем­пе­ра­ту­ри 1500 °С на­віть за­лі­зо на ній має пе­ре­бу­ва­ти в рід­ко­му ста­ні, а рік там три­ває менш як одну зем­ну до­бу. Хо­ча для жи­т­тя во­на не при­да­тна, однак ста­ла яскра­вим свід­че­н­ням на­яв­но­сті від­но­сно не­ве­ли­ких ек­зо­пла­нет, від­мін­них від га­зо­вих гі­ган­тів.

У 2013 ро­ці «Ке­плер» зро­бив ще гу­чні­ше від­кри­т­тя. Пла­не­ти Kepler62e та Kepler-62f мо­жуть ма­ти ви­гляд ві­чно­го ку­рор­ту. Во­ни на­ле­жать до «над­зе­мель» — схо­жих за скла­дом на Зем­лю пла­нет, до 10 ра­зів ма­сив­ні­ших. Мо­де­лю­ва­н­ня по­ка­зу­ють мо­жли­вість існу­ва­н­ня на них те­пло­го рід­ко­го оке­а­ну. Оби­дві мі­стя­ться в жи­лій зо­ні сво­єї зір­ки. Жи­ла зо­на — це від­стань, на якій пла­не­та отри­мує до­ста­тньо те­пла для збе­ре­же­н­ня рід­кої во­ди. За­над­то да­ле­ко во­да за­мер­зне, а близь­ко — ви­па­ру­є­ться. Kepler-62e отри­мує на 20% біль­ше сві­тла, ніж Зем­ля, а її при­да­тність для жи­т­тя за­ле­жить від скла­ду атмо­сфе­ри й ти­ску на по­верх­ні. Се­ре­дня тем­пе­ра­ту­ра за рі­зни­ми мо­де­ля­ми ва­рі­ю­є­ться від 17 °С (у Зем­лі 15 °С) до 77 °С. Від те­пло­го оке­а­ну без по­ляр­них ша­пок до силь­но­го пар­ни­ко­во­го ефе­кту. Kepler-62f має ще кра­щий ви­гляд. Опу­блі­ко­ва­не в черв­ні до­слі­дже­н­ня вка­зує на ста­лий на­хил осі пла­не­ти, що свід­чить про мо­жли­ві змі­ни пір ро­ку. При­мі­ром, на­хил осі Мар­са змі­ню­є­ться на 60°, що ро­бить йо­го клі­мат не­ста­біль­ним. На­хил Зем­лі ста­лий зав­дя­ки Мі­ся­цю, а от що ста­бі­лі­зує Kepler-62f, не­ві­до­мо. Ще кра­щий кан­ди­дат для існу­ва­н­ня жи­т­тя — Kepler-186f, про від­кри­т­тя яко­го ого­ло­ше­но у кві­тні 2014 ро­ку. Ма­сою та роз­мі­ром пла­не­та близь­ка до Зем­лі, пе­ре­бу­ває в жи­лій зо­ні чер­во­но­го кар­ли­ка в су­зір’ї Ле­бе­дя. На сьо­го­дні в до­роб­ку «Ке­пле­ра» су­мар­но 361 під­твер­дже­на ек­зо­пла­не­та й кан­ди­да­ти в них у жи­лій зо­ні. У Га­ла­кти­ці є що­най­мен­ше 20 млрд та­ких пла­нет. Їх зна­хо­дять ці­ли­ми си­сте­ма­ми, як-от TRAPPIST-1 із ма­кси­мум ші­стьма пла­не­та­ми в жи­лій зо­ні.

Про­те це не обов’яз­ко­во озна­чає їхню при­да­тність для жи­т­тя. У най­ближ­чої до Сон­ця зір­ки — Про­кси­ми Цен­тав­ра — є ек­зо­пла­не­та ма­сою 1,3 ма­си Зем­лі. Во­на хоч і мі­сти­ться в жи­лій зо­ні, але зав­жди по­вер­ну­та до зір­ки одним бо­ком, як Мі­сяць до нас, що май­же ви­клю­чає на­яв­ність будь-яко­го жи­т­тя.

«Ке­плер» та­кож під­ки­нув ве­ли­ку за­гад­ку астро­фі­зи­кам і по­ці­но­ву­ва­чам фан­та­сти­ки. Яскра­вість «зір­ки Та­бі­ти», на­зва­ної на честь астро­но­ма Та­бі­ти Бо­я­джан, змен­шу­є­ться на 22%. Жо­дна пла­не­та не при­зве­де до по­ді­бної ано­ма­лії. На­у­ков­ці за­про­по­ну­ва­ли низ­ку гі­по­тез: рій ко­мет, хма­ра ко­смі­чно­го пи­лу, не­ста­біль­ність са­мої зір­ки. Та в пре­су все одно про­ни­кли чу­тки про «рій Дай­со­на» — іно­пла­не­тну спо­ру­ду, що аку­му­лює енер­гію ці­лої зір­ки для на­дро­з­ви­не­ної ци­ві­лі­за­ції.

Для оброб­ки ве­ле­тен­сько­го ма­си­ву да­них «Ке­пле­ра» на­у­ков­ці за­пу­сти­ли кіль­ка про­е­ктів «гро­ма­дян­ської на­у­ки». Сайт Planet Hunters про­по­нує всім охо­чим спро­бу­ва­ти се­бе в по­шу­ку ек­зо­пла­нет. Для цьо­го він на­дає ре­аль­ні гра­фі­ки змі­ни яскра­во­сті зі­рок. У фан­та­сти­чній комп’ютер­ній грі Eve Online грав­ці та­кож ви­шу­ку­ють пла­не­ти, за що отри­му­ють ігро­ві бо­ну­си й па­ра­лель­но до­по­ма­га­ють на­у­ці.

Від­клю­че­н­ня те­ле­ско­па не озна­чає, що на­у­ков­ці за­ли­ша­ться без но­вих да­них що­до ек­зо­пла­нет. 18 кві­тня цьо­го ро­ку ра­ке­та Falkon 9 ком­па­нії Spacex ви­ве­ла на ор­бі­ту те­ле­скоп TESS, що є пря­мим на­щад­ком «Ке­пле­ра». Він має до­слі­ди­ти ме­то­дом тран­зи­тної фо­то­ме­трії біль­ше ніж 500 тис. зі­рок, від­най­ти що­най­мен­ше 20 тис. ек­зо­пла­нет, із яких 70 мі­сти­ти­ме­ться в жи­лій зо­ні. Ще су­ча­сні­ший «Джеймс Вебб», на­зва­ний на честь дру­го­го ке­рів­ни­ка NASA, роз­по­чне до­слі­дже­н­ня 2021 ро­ку. Йо­го ці­л­лю ста­нуть хо­ло­дні ез­ко­пла­не­ти, що мі­стя­ться да­ле­ко від сво­їх зі­рок. До то­го ж він змо­же де­те­кту­ва­ти на­віть їхні су­пу­тни­ки. А йо­го на­сту­пник ATLAST при­ціль­но шу­ка­ти­ме жи­т­тя на ін­ших пла­не­тах че­рез ре­тель­не до­слі­дже­н­ня їхніх атмо­сфер. І на­віть фо­то­гра­фу­ва­ти­ме їх!

Ко­ли 35 ро­ків то­му Ві­льям Бо­ру­кі за­ду­му­вав свій про­ект, не бу­ла ві­до­ма жо­дна пла­не­та по­за Со­ня­чною си­сте­мою. Те­пер вва­жа­є­ться, що пла­нет у Га­ла­кти­ці біль­ше, ніж зі­рок. І се­ред них чи­ма­ло по­тен­цій­но при­да­тних для жи­т­тя. А са­мі зір­ко­ві си­сте­ми зна­чно відрізняються від на­шої як за роз­мі­ра­ми пла­нет, так і за їхнім роз­та­шу­ва­н­ням та при­ро­дни­ми умо­ва­ми. І са­ме «Ке­плер» на­пов­нив на­шу Га­ла­кти­ку ци­ми сві­та­ми.

Newspapers in Ukrainian

Newspapers from Ukraine

© PressReader. All rights reserved.