Что мы узнали из эпического поиска планеты, похожей на Землю, который начался 30 лет назад

*Кристофер Уотсон и Аннелис Мортье «6 октября 1995 года на научной конференции во Флоренции, Италия, два швейцарских астронома сделали заявление, которое изменило наше понимание Вселенной за пределами Солнечной системы». Мишель Майор и его аспирант Дидье Квелоз из Женевского университета объявили об обнаружении планеты, обращающейся вокруг звезды, отличной от Солнца. Эта звезда, 51 Пегаса, находится на расстоянии около 50 световых лет в созвездии Пегаса. «Ее спутник, названный 51 Пегаса b, ничем не походил на то, что было написано в учебниках о том, как, по нашему мнению, должны выглядеть планеты». Это был газовый гигант с массой не менее половины массы Юпитера, который обращался вокруг своей звезды чуть более чем за четыре дня. Он находился так близко к звезде, что его атмосфера была похожа на печь с температурой, превышающей 1000 °C. Инструментом, который способствовал открытию, был Elodie, спектрограф, установленный двумя годами ранее в обсерватории Верхней Прованс на юге Франции. Разработанный франко-швейцарской командой, Elodie разделил звездный свет на спектр разных цветов, показав радугу с тонкими темными линиями. Если Вселенная состояла из бесконечного числа атомов, то, по его мнению, было невозможно, чтобы не существовало других планет. «Он также ясно понимал, что это могло означать с точки зрения потенциала для развития жизни в других местах: «Мы не должны предполагать, что миры обязательно имеют одинаковую форму, — сказал он. В одном типе миров могут содержаться семена, из которых появляются животные, растения и все остальное, что мы видим, в то время как в другом типе миров они не могут существовать». В противовес этому, примерно в то же время его коллега, греческий философ Аристотель (384-322 до н.э.), предложил свою геоцентрическую модель Вселенной, в которой неподвижная Земля находилась в центре, а Луна, Солнце и известные планеты вращались вокруг нее. «По сути, Солнечная система, как ее представлял Аристотель, была всей Вселенной. В «О небесах» (350 г. до н. э. Внезапно существование миллиардов планет в Млечном Пути стало рассматриваться как реальная научная возможность. «Для нас ничто не иллюстрирует эту смену мышления лучше, чем статья, написанная для журнала Scientific American в июле 1943 года влиятельным американским астрономом Генри Норрисом Расселом». Если два десятилетия назад Рассел предсказывал, что планеты «должны быть редкими среди звезд», то теперь заголовок его статьи звучал так: «Исчезновение антропоцентризма». Первая фраза статьи гласила: «Новые открытия указывают на вероятность существования тысяч обитаемых планет в нашей галактике». «Удивительно, но Рассел делал прогноз не просто о каких-то древних планетах, а об обитаемых планетах». «Ключевой вопрос был: где они? Потребовалось еще полвека, чтобы начать это выяснять». Глядя на бесчисленные звезды через телескоп Galileo на Ла-Пальме, удивительно подумать, как далеко мы продвинулись с тех пор, как Майор и Келоз объявили об открытии 51 Pegasi b в 1995 году. Сегодня мы можем эффективно измерять массу не только планет, похожих на Юпитер, но даже небольших планет, находящихся на расстоянии тысяч световых лет. В рамках сотрудничества Harps-N с 2012 года мы занимаем лидирующие позиции в области исследования малых экзопланет. Еще один важный момент в этой истории произошел через четыре года после открытия 51 Pegasi b, когда канадский аспирант Гарвардского университета Дэвид Шарбонно обнаружил транзит известной экзопланеты: еще одного горячего Юпитера, известного как HD209458b, также расположенного в созвездии Пегаса, примерно в 150 световых годах от Земли. Транзит описывает прохождение планеты перед своей звездой с точки зрения наблюдателя, в результате чего звезда на мгновение становится более тусклой. Помимо обнаружения экзопланет, метод транзита позволяет измерить радиус планеты, проводя многократные измерения яркости звезды и ожидая, пока она потемнеет из-за прохождения планеты. Степень блокирования звездного света зависит от радиуса планеты: например, Юпитер сделал бы Солнце лишь на 1% тусклее для внеземных наблюдателей, в то время как для Земли этот эффект был бы в сто раз слабее. В целом, с помощью этой транзитной техники было обнаружено в четыре раза больше экзопланет, чем с помощью техники «штрих-кода», известной как радиальная скорость, которую швейцарские астрономы использовали для обнаружения первой экзопланеты 30 лет назад. Эта техника по-прежнему широко используется сегодня, в том числе и нами, поскольку она позволяет не только найти планету, но и измерить ее массу. Передовые инструменты, которые мы используем, являются настоящим инженерным подвигом, хотя они еще не достаточно чувствительны, чтобы обнаружить настоящего двойника Земли. Но в то время как метод радиальной скорости пока ограничен наземными обсерваториями и позволяет наблюдать только одну звезду за раз, метод транзита может использоваться в космических телескопах, таких как французские миссии Corot (2006-14) и Kepler (2009-18) и Tess (2018-настоящее время) НАСА. Вместе они обнаружили тысячи экзопланет, используя возможность легко измерять яркость звезд из космоса и для многих звезд одновременно. Обе техники продолжают развиваться. Его применение позволяет определить радиус и массу планеты, открывая тем самым гораздо больше возможностей для изучения ее состава. «Это еще незавершенная работа, но Вселенная балует нас большим разнообразием планет». Мы видели свидетельства разорванных каменистых миров и странных расположений планет, которые указывают на прошлые столкновения. Планеты были обнаружены по всей нашей галактике, от Sweeps-11b в ее центральных областях (на расстоянии почти 28 000 световых лет, одна из самых удаленных из когда-либо обнаруженных) до тех, которые обращаются вокруг нашей ближайшей соседней звезды, Проксимы Центавра, которая находится «всего» в 4,2 световых годах. За три десятилетия наблюдений было обнаружено огромное количество различных планет. «Хотя первые десятки обнаруженных экзопланет были все горячими Юпитерами, теперь мы знаем, что на самом деле они очень редки». Мы открыли новый класс планет с размерами и массами между Землей и Нептуном. Однако мы еще не нашли систем, которые действительно похожи на Солнечную систему, или планет, которые действительно похожи на Землю. Заманчиво сделать вывод, что это означает, что мы — единственная планета в единственной системе. Хотя это и может быть правдой, но маловероятно. «Наиболее разумное объяснение заключается в том, что, несмотря на все наши звездные технологии, наша способность обнаруживать планеты, похожие на Землю, все еще весьма ограничена в столь поразительно обширной Вселенной». Святой Грааль для многих исследователей экзопланет, включая нас, по-прежнему заключается в поиске настоящего двойника Земли: планеты с массой и радиусом, схожими с земными, которая обращается вокруг звезды, похожей на Солнце, на расстоянии, схожем с нашим расстоянием до Солнца. Хотя Вселенная богата разнообразием и содержит много планет, отличных от нашей, обнаружение настоящего двойника Земли было бы лучшей отправной точкой для поиска жизни в том виде, в каком мы ее знаем. Через тридцать лет после того открытия, удостоенного Нобелевской премии, пионер в области планетарных исследований Дидье Квелоз возглавляет первую кампанию, посвященную радиальной скорости в поисках планеты, похожей на Землю. В рамках крупного международного сотрудничества создается специальный прибор Harps3, который будет установлен в конце этого года на телескопе Исаака Ньютона на Ла-Пальме. «Учитывая его возможности, мы полагаем, что десятилетия сбора данных должны быть достаточными, чтобы наконец обнаружить нашего первого двойника Земли. Если, конечно, мы не единственные».