Планета «Годзилла» из созвездия «Дракона»

Визуализация планеты «Kepler-10c» с ее звездой «Kepler-10a» и ее сопровождающей планетой «Kepler-10b». Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics/David Aguilar

Ученые открыли экзопланету, которая находится на расстоянии 560 световых лет от Земли в созвездии Дракона и способна полностью изменить наше понимание процессов, ведущих к образованию планет.

В каталоге так называемых экзо- или внесолнечных планет — обращающихся вокруг своих звезд за пределами Солнечной системы — планета «Kepler-10c» давно уже не новинка. Как можно понять из ее названия, это уже десятая планета, открытая при помощи американского космического телескопа «Kepler» в 2011 году. Однако теперь, спустя три года, ученые неожиданно обращают на это небесное тело совершенно особенное внимание. Почему? 

Потому, что раньше астрономы и астрофизики не имели возможности получить об этой планете больше информации. Теперь такая возможность появилась — и она просто невероятна! Ведь получается, что по всем законам такой планеты быть не должно. Но она есть. Напомним, что американский космический телескоп «Kepler» на пару со своим европейским коллегой телескопом «Corot» занимается поиском экзопланет с применением метода так называемого «транзита». 

При помощи этого метода астрономы изучают светимость звезды, то есть измеряют объем энергии, излучаемой астрономическим объектом (в данном случае звездой) в единицу времени. Если у звезды есть планета, то рано или поздно, вращаясь вокруг нее, эта планета занимает позицию между звездой и наблюдателем. Показатели светимости звезды тогда падают, пусть и на очень маленькую величину. Такие устройства, как телескопы «Kepler» и «Corot», способны зарегистрировать малейшие отклонения такого рода. 

Если такие отклонения проявляются циклически, то это значит, что у данной звезды есть планета. И порой не одна. Получаемые данные позволяют, кроме того, рассчитать величину планеты, ее массу и время обращения вокруг звезды. В момент открытия планеты «Kepler-10c» ученые рассчитали, что ее диаметр должен составлять порядка 29 тыс. километров, что в 2,3 раза больше, чем диаметр Земли. Поэтому тогда планета была классифицирована в качестве «маленького Нептуна», то есть астрономы исходили из того, что они имеют дело с газовой планетой.

Стремясь узнать об экзопланете как можно больше, астрофизики стараются всегда вычислить её массу. Для решения этой задачи используются спектрографы, связанные с большими наземными телескопами. Эти высокоточные инструменты измеряют лучевую скорость звезд. Напомним, что лучевой называется скорость, с которой тело приближается к наблюдателю или удаляется от него. Эту скорость можно представить себе в качестве проекции вектора скорости наблюдаемого тела на луч зрения, т. е. на прямую линию, соединяющую его с наблюдателем.

Если объект движется перпендикулярно лучу зрения, его лучевая скорость равна нулю, а если вдоль луча зрения — она равна полной скорости объекта. Лучевую скорость небесных тел определяют с помощью эффекта Доплера, который заключается в том, что частота распространяющихся колебаний (звуковых, световых или любых других) меняется при перемещении источника колебаний и наблюдателя относительно друг друга. Планеты, вращающиеся вокруг звезд, воздействуют на лучевую скорость, меняя ее. Измеряя данные изменения, астрономы стараются вычислить массу экзопланеты и выяснить, к какому классу планет она относится: к классу газовых небесных тел, или скалистых.

Мы пока не понимаем

Два самых точных в мире спектрографа «HARPS-Sud» и «HARPS-Nord», по одному для соответствующего земного полушария, были спроектированы и построены в Астрономической Обсерватории Университета Женевы. 

Массу планеты «Kepler-10c» ученые смогли определить при помощи южного спектрографа, установленного на острове Ла Пальма на Канарских островах. Зная массу, ученые смогли рассчитать и плотность планеты. Результат, опубликованный в научном журнале «Astronomy & Astrophysics», поверг специалистов по экзопланетам в полное изумление. 

«Подобную плотность может иметь только камень, скальная порода», – пояснил для портала swissinfo.ch по телефону из Бостона Ксавье Дюмюск (Xavier Dumusque), ведущий автор той нашумевшей статьи. «Результаты стали для нас самих полным сюрпризом. Они полностью меняют наше представление о том, как происходит формирование планет. Все научные модели, которые существуют уже десятки лет и всегда подтверждались эмпирическими исследованиями, теперь поставлены под вопрос. Это настоящая революция в науке». 

«В настоящее время считается, что рождение планеты начинается с концентрации вокруг звезды облака межзвездного вещества», – рассказывает этот молодой астрофизик франко-швейцарского происхождения. В свое время он учился Женеве и Порто, пополнив затем команду ученых знаменитого Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics). «Это самое облако материи содержит не более 1% плотных, тяжелых материалов, которые формируют «сердце» планеты, ее ядро. Оставшиеся элементы – это разного рода газы и газообразные элементы». 

Процесс формирования планеты длится сотни миллионов лет. Именно столько времени требуется на то, чтобы сила притяжения ядра планеты смогла обуздать газообразное облако вокруг. Процесс завершается только тогда, когда ядро планеты становится достаточно тяжелым для того, чтобы сконцентрировать вокруг себя всё исходное облако межзвездного вещества. Результатом, как правило, становятся газовые планеты-гиганты. В нашей Солнечной системе таких четыре – Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Среди тысяч экзопланет, открытых до настоящего времени, таких также насчитывается очень много.

Проекты и планеты

На сегодняшний день ученые зарегистрировали в общей сложности 4 619 экзопланет. Существование 1 728-ми из них подтверждено научно, для остальных 2 891 планет необходимо проведение дополнительных исследований. 

А началось все в Университете Женевы. Именно здесь работают Мишель Майор (Michel Mayor) и Дидье Кело (Didier Quéloz), которые в 1995 году объявили об открытии «51 Pegasi b», первой планеты, вращающейся вокруг своего солнца вне нашей Солнечной системы. Кроме того, в Женеве были также созданы спектрографы «HARPS», наиболее точные приборы из используемых сейчас в мире для изучения экзопланет методом измерения лучевой скорости. 

Еще один швейцарский научный проект недавно получил от Европейского космического агентства (ESA) «зеленый свет» и может теперь выйти на стадию промышленной реализации. Речь идет о проекте «CHEOPS», маленьком космическом телескопе, придуманном в Швейцарии. В 2017 году он начнет, предположительно, наблюдение за транзитами уже известных экзопланет с использованием обеих спектрографов «HARPS». 

Проект «PLATO» в феврале этого года также получил положительный вердикт ESA. В 2024 году этот спутник выведет на орбиту комплекс из 32 телескопов, которые будут способны в поисках новых экзопланет просканировать до 80% всех наиболее ярких из известных нам звезд. В этом проекте также активно участвуют Университеты Женевы и Берна. 

За названием «PlanetS» скрывается новый Исследовательский центр, созданный в конце 2013 года швейцарским правительством. До 2017 в планетарные исследования и изучения условий, необходимых для зарождения жизни, будут в общей сложности инвестированы более 17 млн. франков. Руководят проектом совместно Университеты Берна и Женевы.

Согласно общепринятой в настоящий момент модели, планета, чья масса в 10-12 раз больше массы Земли, должна полностью «всосать» окружающее ее облако и превратиться в газового гиганта. Но вот незадача: масса «Kepler-10c» превышает земную… в 17 раз, но при этом мы имеем дело не с газовой планетой, а со скалистой. 

«Почему так произошло, мы пока не понимаем», – резюмирует Ксавье Дюмюск. – «Но мы непременно отыщем решение этой задачи». А пока в ожидании разгадки его коллега из Гарварда Димитар Сасселов (Dimitar Sasselov) уже назвал эту планету «Годзиллой», намекая на короля всех монстров из японской легенды.

Есть кто живой?

Итак, мы имеем дело с планетой, которая по всем правилам не должна была бы вообще существовать. Возникает сам собой сакраментальный вопрос: есть ли жизнь на… этой планете? Возможно ли она там хотя бы теоретически? Среди специалистов в это по-настоящему не верит почти никто. Свой путь вокруг звезды «Годзилла» совершает за 45 дней, кроме того, она находится слишком близко к своему солнцу, а значит, на ее поверхности царят температуры, исключающие наличие на ней жидкой воды, необходимой для зарождения любых форм органической жизни. 

Ксавье Дюмюск полагает, что температура на границе ее атмосферы (если такая граница существует) должна составлять порядка 300 градусов Цельсия. «Однако это может означать, что планета укутана облаками, которые блокируют свет от звезды, что, в свою очередь, может обеспечивать более прохладную температуру на поверхности планеты». Таким образом, ученый исходит из возможности наличия на планете механизма, обратного парниковому эффекту на Земле и напоминающего больше о «ядерной зиме» из фильмов про конец света. С другой стороны это означает, что гипотетические живые существа на «Kepler-10c» должны были бы научится существовать без солнечной энергии, а ведь она, как и вода, совершенно необходима для развития известных нам форм жизни. 

Поэтому в целом Ксавье Дюмюск считает, что «данная планета малопригодна для проживания. Но пусть даже стремление отыскать жизнь в космосе всегда было и остается главным импульсом, заставляющим нас продвигаться вперед в наших космических исследованиях, в случае с планетой «Годзилла» самое интересное состоит в необходимости пересматривать теперь теорию, которая, казалась, будет сохранять свою адекватность вечно». Так что «охотникам за планетами» предстоит еще пережить немало удивительного. Уже в 1995 году открытие планеты «51 Pegasi b», первой экзопланеты из ныне весьма обширного списка подобных небесных тел, привело к необходимости переписывать учебники физики. 

Эта планета была тяжелее Земли в 150 раз, вокруг своей звезды она обращалась за четыре дня, на ее поверхности царила адская температура в 1000 градусов — и по всем тогда действовавшим научным теориям такая планета просто не должна была существовать! «Это доказывает только одно, а именно, что природа способна на создание исключительного разнообразия космических тел и объектов. Все, что не противоречит законам физики, обязательно существует где-нибудь. Природа гарантирует это!», — заявил недавно итог в своем выступлении на швейцарском франкоязычном радио «RTS» Стефан Юдри (Stéphane Udry), директор Женевской обсерватории и соавтор той статьи о планете «Kepler-10c». 

По его словам, основной вывод последних двадцати лет исследований и открытий может быть сформулирован следующим образом: «Жизни в космосе мы не нашли, зато мы получили доказательство невероятного разнообразия физических явлений. Это относится и к найденным нами экзопланетам».

Перевод с французского и адаптация: Людмила Клот