"Внесолнечные планеты становятся меньше и, кажется, тверже"" — так озаглавлена статья в журнале "Science", посвященная недавнему открытию самой маленькой на данный момент внесолнечной планеты вблизи красного карлика, который находится "всего" в 10 световых годах от Солнца. Напомним, что ближайшая к Солнцу звезда, маленькая Проксима из созвездия Центавра, располагается на расстоянии 3,4 световых года от нас, то есть лишь раза в три ближе. Мыс новой планетой фактически близкие соседи.

Помимо того, что новая планета — самая маленькая из всех, открытых до сих пор: ее масса оценивается примерно в 7,5 земных масс, — она вызывает особое внимание астрономов еще и потому, что является, возможно, твердой, то есть состоящей из скальных пород, как Земля, а не из газа, окружающего маленькое твердое ядро, как у наших газовых гигантов — Юпитера, Сатурна. Урана, Нептуна. Если это последнее предположение будет доказано, станет очевидным, что в космосе — и не так уж далеко от нас — есть миры, подобные земному. Есть ли на них и жизнь, подобная земной, — это другой вопрос, конечно.

Установить физическое строение внесолнечной планеты много труднее, чем обнаружить ее и выявить, на каком расстоянии она находится от своей звезды и как быстро вокруг нее обращается. Как правило, внесолнечные планеты обнаруживаются не прямым наблюдением в телескоп — для этого они слишком малы и далеки, — а косвенно, по их гравитационному воздействию на свою звезду. Обращаясь вокруг нее, они слегка тянут ее к себе, а поскольку за счет движения по орбите они периодически оказываются по разные стороны от звезды, то и это их притяжение периодически меняет свое направление. Достаточно чувствительные астрономические приборы сегодня уже способны заметить даже очень маленькие отклонения в движении звезды, вызванные такими периодическими изменениями притяжения ее к своей планете (или планетам). А дальше вступает в бой ее величество математика, позволяющая по величине этих отклонений рассчитать, каким телом или какими телами, если их несколько, они вызваны.

Все эти этапы исследования были налицо и при открытии новой планеты. Красный карлик, вокруг которого она обращается, впервые привлек внимание астрономов тем, что его движение было сильно "возмущено" гравитационным притяжением сразу двух, как выяснилось из расчетов, гигантских газовых планет. Одна из них, как показали те же расчеты, обращается вокруг звезды за 30 дней, другая, более далекая, — за 60. То, что эти планеты — именно газовые, следовало из их масс — они оказались в несколько раз больше массы нашего газового гиганта Юпитера. Твердых планет с такой огромной массой не бывает — так, во всяком случае, утверждает современная теория образования планет, подкрепленная опытом, полученным из наблюдения газовых и твердых планет Солнечной системы.

Однако, и после выявления главных виновников периодических "покачиваний" красного карлика, в его движении остались некоторые странности, которые воздействием двух планет не могли быть объяснены. Поэтому авторы открытия — группа Марси и Батлера, самых знаменитых и удачливых "охотников за внесолнечными планетами", продолжала наблюдения еще в течение 8 лет.

За это время им удалось получить много более точные данные о движении красного карлика. За это же время калифорнийские теоретики Ривера и Лиссауэр рассчитали математическую модель возможной планетной системы этой звезды, которая объясняла бы все тонкости, наблюдаемые в ее движении. Согласно этой модели, в системе, кроме двух газовых гигантов, должна существовать еще третья, небольшая планета с массой от шести до девяти масс Земли. Обычно расчеты дают только минимальное возможное значение для массы невидимой планеты. но в данном случае точно рассчитанный "вальс" двух больших планет позволил дать и верхнюю, максимально возможную границу массы маленькой "танцовщицы".

Планета обращается вокруг красного карлика зя 1,94 дня, грубо говоря — за двое суток. Это и есть ее "год". Она находится на расстоянии 3 миллиона километров от своей звезды — в 50 раз ближе, чем Земля от Солнца. Проще говоря — очень близко. Настолько близко, что, хотя эта звезда — красный карлик, то есть далеко не такая горячая, как наше Солнце, она нагревает близко мчащуюся планетку до 200-400°С. Жизнь в нашем понимании там невозможна — земные белки и нуклеиновые кислоты (ДНК) при такой температуре разрушаются.

Кроме того, из-за такой близости к звезде на планетку действуют мощные приливные силы, наподобие той силы притяжения, посредством которой наша Луна поднимает приливы земных океанов, только в данном случае их поднимает не Луна, а куда более массивный красный карлик, и не в воде, а в толше планеты. Эти силы тормозят вращение, поэтому планетка, надо думать, давно уже повернута к своей звезде одной стороной, как наш Меркурий по отношению к Солнцу. На этой "солнечной" стороне царит вечный и раскаленный день, на другой стороне — такая же вечная, но мерзлая ночь. Атмосфера, если и была, наверняка давно "сдута" с поверхности планетки излучением близкой звезды. Невеселая картина. Не вдохновляющая.

Впрочем, как на вкус "охотников за планетами", то наоборот — весьма вдохновляющая. Новая планета по свом параметрам (прежде всего, по массе) примыкает к трем чуть ранее открытым планетам с массой от 10 до 20 масс Земли. По мнению некоторых астрономов, все они вместе могут оказаться представителями нового класса внесолнечных планет (все открытые до сих пор внесолнечные планеты принадлежали к другому классу — газовых гигантов). Возможно, все они твердые. Тогда те из них, что обращаются вокруг красных карликов — первые кандидаты на существование внеземной жизни. Ведь если бы открытая сейчас планетка была раза в 2-4 дальше от своего карлика, температура на ее поверхности была бы вполне пригодной для жизни типа земной. Правда, нужно было бы еще, чтобы она была твердой.

Твердая ли новая планетка? Ответ не прост. Плотность планеты можно определить, зная ее объем, то есть размеры. Из математических моделей эти размеры не выводятся. Необходимо прямое наблюдение. Оно возможно лишь в том случае, если астрономы поймают планету в момент ее прохождения перед диском своей звезды. Для этого необходимо специальное расположение планетной орбиты: планета, ее звезда и Земля должны находиться в одной плоскости (или близко к этому). До сих пор такое везение выпадало астрономам лишь восемь раз. Чем больше кандидатов в скальные планеты будет открыто, тем больше вероятность, что найдется хоть одна с благоприятным расположением орбиты. Вот почему открытие каждой новой такой планеты — важный шаг в нужную сторону.

Это также важный шаг в сторону накопления и систематизации данных о внесолнечных планетах вообще. На данный момент такая систематизации продвинулась уже довольно далеко. Иными словами, накоплена нетривиальная статистика. Недавно журнал "New Scientist" отметил десятую годовщину со дня открытия первой внесолнечной планеты (около солнцеподобной звезды) публикацией следующих цифр. За 10 лет открыты 144 звезды, у которых есть планеты. У 18-ти из них есть по несколько планет (как у описанного выше красного карлика). Всего за 10 лет открыто 168 планет.

Созвездия. Миниатюры из книги Phenomenes d' Aratus. Конец IX века

Самая близкая находится в 10,5 световых лет от нас, самая далекая отстоит на 17 тысяч световых лет. Самая тяжелая из внесолнечных планет весит в 17,4 раза больше Юпитера (это уже близко к тому пределу масс, за которым данный объект именуется не планетой, а "коричневым карликом"). Самая малая — описанная выше планета красного карлика.

Такова "занимательная арифметика" внесолнечных планет. А вот примеры их "занимательной физики". Как известно, первая такая планета была обнаружена Волчаном, но не около солнцеподобной звезды, а около так называемого пульсара, то есть супермассивной, супермалой и супербыстровращающейся "нейтронной" звезды, возникшей в результате взрыва и "схлопывания" звезды сверхновой. Сейчас обнаружено, что вокруг этого пульсара обращается не одна планета, а целых четыре. Как они могли пережить взрыв сверхновой? А если они возникли после ее взрыва, то как это могло произойти в окрестностях пульсара со всеми его особенностями?

Или вот. В июле 2005 года была открыта планета в системе тройной звезды. Она обращается вокруг одной из этих трех звезд, причем очень быстро, за 3 с лишним дня, а значит расположена очень близко к ней, две же другие звезды вращаются вокруг этой пары. Конечно, рассветы на этой планете должны быть фантастические — в ее небе появляются сразу три солнца, красное, оранжевое и белое, — но как она вообще могла образоваться, если влияние наружных звезд давно должно было "вымести" из системы весь плането-строительный материал?

Все это, однако, курьезы, статистика же такова. Все открытые до сих пор внесолнечные планеты распадаются на несколько классов. Самый странный и непривычный из них — класс "горячих Юпитеров". Его составляют огромные газовые гиганты, которые вращаются вокруг своих звезд на очень близком расстоянии (в десять с лишним раз ближе, чем Земля от Солнца) и очень быстро (не более 12 земных дней). "Горячими" они называются потому, что в силу близости к своим звездам нагреты до нескольких тысяч градусов. Поскольку образоваться в такой близости от звезды они явно не могли, астрономы склонны сегодня считать, что такие "горячие Юпитеры" сложились вдали от своих звезд, а затем по какой-то причине стали на них падать по пологой спирали, медленно, в течение миллионолетий; земные астрономы застигли их сейчас, что называется, "при последнем издыхании".

Второй класс составляют "холодные Юпитеры" — их средняя масса раза в два больше, чем у нашего Юпитера, они намного холоднее своих горячих собратьев и обращаются вокруг своих звезд куда медленней — от нескольких земных месяцев до нескольких земных лет (что все равно намного меньше, чем у газовых гигантов Солнечной системы). У всех у них есть общая особенность — их орбиты представляют собой не окружности,

как у солнечных планет, а вытянутые эллипсы. В сентябре 2005 года были открыты два рекордсмена этого класса — их орбиты вытянуты настолько, что напоминают, скорее, орбиты комет. Астрономы пока не могут объяснить эту особенность. Было выдвинуто предположение, что она порождена неустойчивостью того газово-пылевого диска, из которого образовались эти планеты, но расчеты показали, что очень сильно вытянутые, кометоподобные орбиты таким способом объяснить нельзя.

Однако совсем недавно в журнале "Nature" появилась статья двух американских астрономов, которые долгое время изучали планетную систему звезды Эпсилон Андромеды. В 1996 году около этой звезды была обнаружена планета типа горячего Юпитера, а в 1999-м — еще две планеты типа холодных Юпитеров с очень вытянутыми орбитами. За прошедшие годы изучение этой системы принесло столько данных, что сейчас авторы сумели разработать математическую модель движения этих планет, каким оно является в настоящее время, и продолжить такой расчет вспять на десятки тысяч лет.

Этот прием приблизил их к разгадке холодных Юпитеров.

Оказалось, что эволюция планетной системы Эпсилон Андромеды происходила так, словно какое-то время назад в ней случилось резкое изменение, затронувшее только внешние планеты. Лучше всего согласуется с имеюшимися данными модель, по которой в какой-то момент в прошлом к самой внешней планете приблизилась еще одна (которой сейчас нет в системе) и своим притяжением толкнула ее в сторону второй внешней планеты. Результат был подобен биллиардному удару: планета- нарушитель вылетела из своей звездной системы в космос, планета, испытавшая главный удар, перешла на вытянутую орбиту, а вторая планета обрела еще более сложное движение — она перешла на переменную орбиту, которая периодически меняется от вытянутой до круговой и снова превращается в вытянутую. Не может ли быть, что и другие холодные Юпитеры когда-то претерпели аналогичные столкновения?

Загадочны и плотности этих гигантских планет. Как уже говорилось, вычисление таких плотностей требует прохождения планеты перед диском своей звезды, а эта удача сопутствовала астрономам до сих пор лишь восемь раз. Но и этого хватило, чтобы убедиться, что плотность холодных Юпитеров (в отличие от газовых гигантов Солнечной системы) варьирует в очень широких пределах — от половины плотности Юпитера до нескольких плотностей Сатурна.

Вместе взятые, все эти загадки поддаются некоему обобшению. Его можно сформулировать так. Все внесолнечные планеты непохожи на планеты-гиганты Солнечной системы, а все планетарные системы вокруг других солнцеподобных звезд непохожи на планетную семью нашего Солнца. Это неприятное обобщение. Оно толкает к выводу, что наша Солнечная система уникальна. В ней есть твердые планеты, обращающиеся по устойчивым круговым орбитам и поэтому — в принципе — способные быть носителями жизни, и есть планеты- гиганты, которые тоже обращаются по круговым орбитам и потому никому не мешают. В других планетных системах пока не найдены твердые, землеподобные планеты, обращающиеся на таких "пригодных для жизни" орбитах, зато есть гиганты, движущиеся либо по вытянутым, либо по спиральным орбитам, что наверняка создает угрозу стабильному, неизменному движению землеподобных планет, даже если они там есть.

Мысль об уникальности нашей Солнечной системы с недавних пор обрела у астрономов некое "второе дыхание". То и дело появляются статья, отмечающие те или иные признаки, как будто указывающие, что появление планет около нашего Солнца происходило в каких-то особо благоприятных условиях. Было бы интересно свести все эти признаки воедино, но это вышло бы за рамки нашей статьи. Поэтому ограничимся самым общим соображением.

Чтобы решить, действительно ли Солнечная система (а с нею и жизнь) уникальна, нужно, прежде всего, накопить как можно больше данных о других планетных системах. Иными словами, нужно продолжать поиск внесолнечных планет и, в первую очередь — землеподобных. К этому идет. Ближайшее десятилетие должно стать, в частности, десятилетием запуска целого ряда проектов, направленных на такой поиск. Французское космическое агентство планирует запустить для этого космический спутник COROT; американское агентство НАСА наметило запуск космического телескопа "Кеплер" и специального "Искателя землеподобных планет"; Европейское космическое агентство запланировало запуск спутника "Дарвин", предназначенного для поиска химических признаков жизни на других планетах. Все вместе говорит о том, что планетный паноптикум вскоре пополнится новыми экспонатами. Атам, глядишь, количество, как ему и положено, перейдет в новое качество, и мы что-нибудь новое узнаем. О космосе, о планетах и о себе.

СЕМЬ ЧУДЕС XXI ВЕКА

Александр Зайцев