Как астрономы искали новые планеты внутри и за пределами Солнечной системы

Астроном Майкл Браун из Калифорнийского технологического института показывает на желтую точку, имитирующую Планету 9 Солнечной системы в компьютерной симуляции

Начнем с древних греков

Согласно гелиоцентрической системе, описанной Николаем Коперником,

планеты уже располагались на своих местах: в центре системы было Солнце, а вокруг него вращались Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн.

Все эти планеты можно было наблюдать невооруженным глазом, в конце XVIII века телескоп помог людям расширить границы Солнечной системы.

Комета оказалась планетой

Наиболее ранним задокументированным свидетельством наблюдений Урана следует считать записи английского астронома Джона Флемстида, который наблюдал Уран в 1690 году по крайней мере шесть раз. Флемстид зарегистрировал его как звезду номер 34 в созвездии Тельца. Французский астроном Пьер-Шарль ле Моньер тоже наблюдал Уран с 1750 по 1769 год

Однако честь открытия новой планеты принадлежит Уильяму Гершелю — музыканту и любителю астрономии из Англии. Разочаровавшись в приобретенном в 1773 году небольшом телескопе-рефлекторе с фокусным расстоянием 2,5 фута, Гершель собственноручно изготовил телескоп-рефлектор длиной почти 2 м и диаметром главного зеркала 20 см и с помощью своего нового инструмента начал в 1775 году обзор звездного неба.

Кстати, Гершель непрерывно строил все новые и новые телескопы-рефлекторы. Король покровительствовал ему и дал деньги на строительство огромного рефлектора, который был построен в 1789 году и

стал крупнейшим телескопом своего времени с диаметром зеркала 120 см и с трубой длиной 12 м.

13 марта 1781 года Уильям Гершель занимался наблюдениями параллакса звезд в районе созвездия Тельца. Он заметил туманную звезду и предположил, что она может быть кометой. Гершель продолжил наблюдения за таинственной звездой и обнаружил, что она движется слишком медленно для кометы. Спустя два месяца петербургский академик Андрей Лексель вычислил параметры орбиты этого небесного тела, показавшие, что оно вращается вокруг Солнца по орбите, радиус которой в 18 раз превышает радиус орбиты Земли. Полученная орбита больше походила на планету, чем на комету. Стало ясно, что

впервые с античных времен в Солнечной системе была открыта новая планета.

Вновь открытое небесное тело Гершель предложил назвать «планетой Георга» в честь правившего в то время в Англии короля Георга III. Однако это имя не прижилось, а общепринятым стало другое название — Уран, предложенное в год открытия планеты немецким астрономом Иоганном Боде. Любопытно, что Уран — единственная планета, название которой взято не из римской, а из греческой мифологии.

Планета на кончике пера

После открытия Урана в 1781 году астрономы стали замечать аномалии в его поведении: движение планеты не сходилось с теоретическими расчетами ученых. Именно поэтому русский астроном Андрей Иванович Лексель заподозрил, что

 на Уран воздействует притяжение другого космического тела, которое находится еще дальше от Солнца,

— высказано это предположение было еще в конце XVIII века.

Позже, спустя несколько десятилетий, к этой теме возвращались и другие астрономы — Томас Хасси, Луи Вартман и другие. В середине XIX века повторным анализом траектории движения Урана независимо друг от друга занялись британский астроном Джон Адамс и француз Урбен Леверье. Благодаря этому ученым удалось понять, где может находиться пока не обнаруженная планета. Произведя теоретические расчеты, Леверье обратился за помощью к Иоганну Галле, ассистенту Берлинской обсерватории, с просьбой «уделить некоторое время наблюдениям в той части неба, где может находиться неизвестная планета». Помочь Галле вызвался молодой астроном Генрих д'Арре.

24 сентября 1846 года в 00 часов 00 минут 14 секунд астрономы зафиксировали объект примерно восьмой звездной величины, которого не было на картах звездного неба.

Наблюдения за объектом длились до его захода — половины третьего часа ночи. Наблюдения продолжились на следующую ночь с более мощным телескопом. В итоге сомнений у астрономов не осталось: новая планета, получившая название Нептун, была найдена. Несмотря на то что расчеты Адамса и Леверье были аналогичными, первооткрывателем планеты считается Леверье — согласно ставшим крылатыми словам директора Парижской обсерватории Франсуа Араго (который и предложил Леверье заняться поиском планеты), астроном открыл Нептун «на кончике пера». В 1846 году Королевское общество Великобритании вручило астроному высшую награду – медаль Копли. Адамс при этом упомянут не был.

Он открыл новый мир

Первые слабые изображения Плутона были получены еще в 1915 году (19 марта и 17 апреля). Сделаны они были в обсерватории Персиваля Лоуэлла, который основал проект по поиску девятой планеты — «Планеты Икс». Правда, тогда, в 1915 году, Плутон не был опознан как планета. 

В 1919 году Плутон «засветился» и на снимках, сделанных в обсерватории Маунт-Вильсон. Однако снимки были не очень качественными, и Плутон потерялся среди других звезд. Даже позднее, когда о его местонахождении уже было известно, найти объект на этих снимках удалось с трудом.

В 1929 году директор обсерватории Лоуэлла поручил фотографу-лаборанту Клайду Томбо, которому на тот момент было 23 года, продолжить поиски «Планеты Икс». Томбо занялся методичной съемкой звездного неба: каждый участок фотографировался несколько раз с интервалом в несколько дней, затем фотографии сравнивались. Целью ученого было найти объект, который бы изменял свое положение. По истечении почти года работы Клайду Томбо удалось найти девятую планету:

18 февраля 1930 года астроном зафиксировал движущийся объект на снимках от 23 и 29 января. После того как открытие было подтверждено новыми снимками, об обнаружении девятой планеты сообщили в обсерваторию Гарвардского колледжа — случилось это 13 марта 1930 года.

Открытие новой планеты Томбо напророчили еще в юности. Родившись в семье бедного фермера, мальчик заинтересовался астрономией в 12 лет, когда впервые посмотрел в телескоп. После окончания школы одноклассники Томбо вписали в выпускной альбом фразу: «Он откроет новый мир». У родителей Томбо не было денег на то, чтобы оплатить его учебу, поэтому он стал заниматься астрономией самостоятельно: сам сделал телескоп, на основе наблюдений, проведенных с его помощью, делал рисунки кратеров Юпитера. Благодаря этим рисункам, которые он отправил в обсерваторию Лоуэлла, он и был принят туда в качестве фотографа-лаборанта. Поступить в университет Томбо смог только после того, как открыл Плутон.

Впрочем, девятой планетой Плутон был всего несколько десятилетий: в 2006 году Международный астрономический союз принял официальное определение слова «планета» и разжаловал Плутон до звания «карликовая планета».

Первая среди равных

Первая экзопланета была обнаружена в 1995 году у звезды 51 в созвездии Пегаса астрономами Мишелем Майором и Дидье Келосом в Обсерватории Верхнего Прованса во Франции. Работа ученых, опубликованная в журнале Nature ,

открыла новое направление в астрономии, и сегодня обнаружение экзопланет поставлено на поток.

С помощью оптического спектрометра ELODIE, измеряющего доплеровское смещение линий, Майор и Келос в 1994 году начали регулярное измерение лучевых скоростей у 142 солнцеподобных звезд, относительно близких к Солнцу. Довольно быстро были обнаружены колебания звезды 51 Пегаса, происходившие с периодом 4,23 суток, вызванные влиянием на звезду обращающейся вокруг нее планеты. 6 октября 1995 года было объявлено об открытии экзопланеты, названной 51 Пегаса b.

 

Открытая учеными экзопланета находится на расстоянии 50 световых лет от Земли. Она относится к классу «горячий Юпитер» — это газовый гигант, масса которого составляет по крайней мере половину массы Юпитера. При это она находится ближе к своей звезде, чем Меркурий к Солнцу, и движется по орбите со скоростью 136 км/с. По оценкам ученых, атмосфера планеты разогрета до температуры свыше 1000°C.

Изначально научное сообщество сомневалось в достоверности открытия. Ожидалось, что другие звездные системы будут похожи на нашу, а 51 Пегаса b имела характеристики, казавшиеся фантастическими.

К счастью, менее чем через неделю это открытие было подтверждено американскими астрономами Джеффри Марси и Полом Батлером из Сан-Францисской группы исследователей. Параллельно с французскими исследователями они также занимались поиском экзопланет методом лучевых скоростей и имели шанс войти в историю как люди, обнаружившие первую экзопланету у обычной звезды.

Однако группа американских ученых исходила из представлений о том, что массивные газовые гиганты должны находиться на очень большом расстоянии от звезды, и потому предполагала, что для этого потребуются длительные систематические наблюдения. В результате американские ученые

откалибровали аппаратуру на поиск мельчайших колебаний в спектре — в то время как на практике все оказалось ровно наоборот.

Открытие Мишеля Майора и Дидье Келоса стало первым шагом, открывшим новую эру в астрономии. После него было открыто множество экзопланет, большинство из которых газовые гиганты. На сегодняшний день уже подтверждено существование более двух тысяч экзопланет. Большой вклад в их поиск внес космический телескоп «Кеплер», обнаруживший свыше тысячи экзопланет. В настоящее время особый интерес представляет поиск экзопланет земного типа и возможных признаков жизни на них.

Жизни не будет

30 сентября 2010 года астрономическое сообщество взорвала новость об открытии первой потенциально обитаемой экзопланеты. Ученые из Калифорнийского университета в Санта-Крузе и из Института Карнеги в Вашингтоне заявили, что пригодной для жизни может быть планета Gliese 581g — шестая по счету планета в системе красного карлика Gliese 581.

 

Исследователи сделали оценки ряда параметров этой планеты и пришли к выводу, что там может быть атмосфера и существовать вода в жидком виде.

Так, ученые установили, что эта планета имеет радиус от 1,2 до 1,5 радиуса Земли, массу от 3,1 до 4,3 массы Земли и период обращения вокруг своей звезды в 36,6 земных суток. Большая полуось эллиптической орбиты этой планеты составляет около 0,146 астрономических единиц (1 астрономическая единица — это среднее расстояние между Землей и Солнцем, которое приблизительно равно 146,9 млн км). Ускорение свободного падения на поверхности этой планеты превышает данный параметр для Земли в 1,1–1,7 раза.

Что касается температурного режима на поверхности Gliese 581g, то он, по оценкам ученых, колеблется от -31 до -12°C.

Впрочем, сенсационное заявление астрономов не подтвердилось: уже спустя год ученые заявили, что в системе Gliese 581 есть только четыре планеты (Gliese 581g считалась шестой) и потенциально обитаемых среди них нет.