Первая экзопланета обнаружена около звезды, похожей на Солнце
В 1995 году астрономы обнаружили невероятно горячую планету с массой Юпитера, которая вращается вокруг своей звезды ближе, чем Меркурий к Солнцу. Это открытие изменило наши представления о том, как формируются планеты, и привело к новой эре экзопланетных исследований.
Любой старше 35 лет помнит, как рос в мире, в котором была известна только одна планетная система - наша собственная. Мы помним, как с гордостью произносили названия девяти планет (восемь до открытия Плутона в 1930 году и снова сегодня, когда он был реклассифицирован как карликовая планета в 2006 году) и задавались вопросом, какие еще планеты могут существовать вокруг звезд в ночном небе. Созерцание жизни за пределами Солнечной системы было отнесено к научной фантастике. Все изменилось в 1995 году, когда Мэр и Келоз 1 сообщили об обнаружении первой экзопланеты вокруг звезды, похожей на Солнце.
Открытие планеты-гиганта, названной 51 Pegasi b в честь ее родительской звезды 51 Pegasi, стало неожиданностью. Планеты-газовые гиганты, такие как Юпитер, расположены во внешних частях Солнечной системы. Преобладающей теорией было и остается, что для образования этих планет требуются ледяные строительные блоки, которые доступны только в холодных регионах, вдали от звезд. Однако Майор и Келоз обнаружили, что 51 Pegasi b вращается примерно в десять раз ближе к своей родительской звезде, чем Меркурий к Солнцу (рис. 1). Одно из возможных объяснений состоит в том, что планета сформировалась дальше, а затем переместилась в свое текущее местоположение.
Рисунок 1 | Планетные системы Солнца и 51 Пегаса. а , В Солнечной системе планеты-газы-гиганты, такие как Юпитер, вращаются далеко от Солнца. В 1995 году Майор и Келоз1 сообщили об открытии 51 Pegasi b - планеты-газового гиганта, которая намного ближе к своей родительской звезде 51 Pegasi, чем Меркурий к Солнцу. Орбитальные расстояния планет даны в астрономических единицах (1 а.е. - среднее расстояние между Землей и Солнцем). б , размеры всех объектов указаны приблизительно в масштабе.
Планета-газовый гигант была не первой обнаруженной экзопланетой. Однако предыдущие обнаружения 2 , 3 были еще более странными объектами, вращающимися вокруг пульсаров - быстро вращающимися нейтронными звездами, которые представляют собой коллапсирующие остатки горячих массивных звезд. Открытие 51 Pegasi b было первым, кто подтвердил существование планет вокруг долгоживущих водородных звезд, похожих на Солнце.
Причудливый характер планеты-газового гиганта, вращающейся так близко к своей родительской звезде, породил значительный скептицизм в отношении истинной природы 51 Pegasi b. Мэр и Келоз обнаружили планету по минутному возвратно-поступательному движению 51 пегаса, что, казалось, указывало на то, что на звезду притягивается объект массой планеты. Но это движение звезды, обнаруженное по частотным сдвигам в спектре света от 51 Pegasi, имело и другие возможные интерпретации. В литературе развернулась оживленная дискуссия о том, могут ли пульсации звезды маскироваться под планетарную сигнатуру 4 , 5 .
Эти дебаты прекратились в 1998 году, когда астроном Дэвид Ф. Грей написал статью, опровергающую свое предыдущее утверждение о том, что звездные спектры указывают на пульсации, а не на планету 6 . Дальнейшее подтверждение пришло благодаря обнаружению планет, похожих на 51 Pegasi b, когда другие исследователи проанализировали свои существующие данные в поисках столь же неожиданных планетных сигналов 7 . Эти сильно облученные планеты-гиганты стали известны как горячие юпитеры.
За 24 года, прошедшие с момента открытия 51 Pegasi b, было идентифицировано около 4000 экзопланет (см. Go.nature.com/2jpcgtf ). На сцену вошли и другие методы обнаружения, в том числе метод транзита, при котором экзопланета выявляется через тонкое затемнение ее звезды-хозяина, когда планета пересекает линию обзора между Землей и звездой. Горячие юпитеры продолжают обнаруживаться в ходе многочисленных поисков экзопланет, которые чувствительны к большим планетам на близких орбитах. Однако теперь известно, что такие объекты по своей природе редки, они вращаются вокруг только около 1% звезд, подобных Солнцу 8 .
Напротив, существует множество планет, известных как суперземли и мини-Нептуны. Такие объекты, которые обитают в разрыве размеров и масс между каменистыми планетами и планетами-гигантами Солнечной системы, также были сюрпризом для охотников за планетами, но кажутся обычным явлением в нашей Галактике. Теперь есть веские основания полагать, что Млечный Путь содержит больше планет, чем звезд 9 .
Обнаружение Мэром и Келосом 51 Pegasi b открыло новую область астрономии. Ряды исследователей экзопланет неуклонно росли: по некоторым подсчетам, сейчас они составляют около четверти астрономов (см. Go.nature.com/32imc4j ). Начальные области включают изучение демографических характеристик экзопланет и характеристики атмосфер экзопланет.
Эта характеристика подтвердила, что горячие Юпитеры действительно являются планетами-газовыми гигантами, но представляют собой то, как выглядел бы наш собственный Юпитер, если бы он внезапно переместился в 100 раз ближе к Солнцу. Среди раскаленных водородно-гелиевых оболочек этих планет астрономы обнаружили следы пара, окиси углерода и паров металлов 10 - 12 . Такие атмосферные исследования могут привести к окончательной характеристике экзопланет, напоминающих Землю.
У области экзопланет светлое будущее. В апреле 2018 года НАСА запустило спутник для исследования транзитных экзопланет (TESS), космический телескоп, который только начинает выполнять свою миссию по поиску малых транзитных планет вокруг самых ярких звезд в ночном небе. Эти планеты будут идеально подходить для последующего наблюдения с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА (JWST) после его запуска для измерения их атмосферных свойств и состава. Вслед за JWST Европейское космическое агентство выбрало для запуска в 2028 году космический телескоп большого обзора экзопланет в инфракрасном диапазоне с дистанционным зондированием атмосферы (ARIEL). ARIEL будет посвящен изучению атмосферы большого количества экзопланет.
Эти программы прокладывают путь к конечной цели - потенциальному обнаружению признаков жизни на экзопланете. Наиболее оптимистично эта цель может быть достигнута в следующем десятилетии, но для более реалистичного подхода потребуется новое поколение космических и наземных телескопов 13 . Примечательно то, что люди прошли путь от открытия первых экзопланет до законных планов поиска жизни на этих мирах всего за четверть века.