Уже в прошлом веке появились существенно новые методы исследований.
Научные достижения обеспечили невиданную точность измерений и вычислительные возможности для их интерпретации. И геологи «увидели» в толще земли то, чего при прежних методах исследований, при прежней точности измерений – просто «не было». А астрономы стали находить космические объекты, которых «не было», по таким признакам, которые прежде было невозможно уловить, измерить и интерпретировать.
Статья и посвящена новым методам, практике, результатам и перспективам поиска астрономических объектов которых «не было».
Автор имеет не такой уж частый дар рассказывать ясно и доступно невероятно сложное. Поэтому статья, надеюсь, будет интересна и самому широкому кругу читателей, далеких от астрономии.
А концовка статьи приводит на память известный ответ религиозного ученого атеисту: «В такого бога и я не верю».
Он каждую ночь парит над нами, широко раскинув крылья – Лебедь созвездие эффектное! Его альфа, (α Cygni) Денеб ‑ одна из ярчайших звезд и вместе с Вегой и Альтаиром образует известный всем любителям ночного неба летне-осенний треугольник. Там, в районе северного крыла звездной птицы, между Вегой и Денебом и расположены охотничьи угодья «Кеплера», где на водородных полях газовых туманностей пасется около 4,5 миллионов звезд! 95-мегапиксельная матрица телескопа следит за 170 тысячами из них. Она способна уловить изменение яркости на 20 миллионных долей. Если бы с «Кеплера» наблюдали за вашим домом, то он зафиксировал бы уменьшение яркости фонаря на крыльце, когда вы проходите перед ним.
Этот космический телескоп ищет экзопланеты и за три с половиной года, отведенных на миссию, ученые рассчитывали найти как минимум 50 штук размером с Землю, 185 больших по размеру на 30% и 600 вдвое больших. А также до 900 горячих юпитеров и 30 газовых гигантов. Но, конечно, главная цель – это каменистые, землеподобные планеты в обитаемой зоне. Иными словами, «Кеплер» ищет жизнь в том виде, в каком мы ее знаем. В далеком космосе мы ищем самих себя, и спустя 400 лет после сожжения Джордано Бруно мало кто уже сомневается в том, что обитаемые миры будут найдены! Что ставит новые вопросы: если еще недавно можно было списать гнетущее молчание звезд на малое количество планет вокруг них, то сегодня этот аргумент уже не работает. Чего-чего, а планет на свете хватает! Их много. Скорее всего, их больше, чем звезд! При такой богатейшей статистике счет обитаемым планетам должен был бы идти на миллиарды, а планетам с разумной жизнью на миллионы, чего однако не наблюдается. Нет признаков иного разума во Вселенной — ни внезапного повышения радиоизлучения звезд, ни модулированных направленных передач, ни кораблей пришельцев, ни астроинженерии, не говоря уже о галактических феноменах! В этом и заключается парадокс Ферми.
Запуск состоялся 6 марта 2009 г. (дважды, в январе и марте 2006 г. он откладывался из-за финансовых проблем). 4 января 2010 года было объявлено об открытии первых пяти планет, разумеется, «горячих Юпитеров» с периодом обращения в несколько дней. Такие легче и быстрее всего обнаруживать.
В начале декабря 2011 г. пришло сообщение о первой суперземле в обитаемой зоне (Kepler-22 b), а чуть позже о планете, меньшей, чем Земля (Kepler-20 e). В январе 2012 г. телескоп нашел сразу три миниземли у звезды KOI-961, одна из которых размером с Марс. А в прошедшем ноябре он завершил основную часть своей миссии.
«Кеплер» постоянно держит в поле зрения определенный участок неба и делает снимок каждые 6 секунд. Затем он записывает среднюю за 30 минут яркость каждой звезды и хранит данные в памяти 30 дней, после чего поворачивается к Земле и передает все 10 гигабайт. Каждые три месяца команда телескопа анализирует их. При этом многое приходится учитывать. Например, записываемая яркость звезды зависит как от колебаний температуры зонда и его электроники, так и от естественных причин. Эти изменения надо вычитать во избежание ошибок. Только тогда можно заметить транзит, то маленькое понижение уровня яркости, которое свидетельствует о прохождении планеты.
Компьютерная программа просматривает данные в поисках повторяющихся слабых потускнений, они означают, что вызваны планетой, делающей виток за витком вокруг своего солнца. Если программа отмечает хотя бы три потенциальных транзита у отдельной звезды, повторяющиеся регулярно, то регистрируется кандидат в кандидаты. На декабрь 2012 г. таких уже 15000, но большая часть недостоверна. К примеру, звезды часто заслоняют друг друга, что вызывает пригасания, похожие на искомые. Поэтому периодически команда «Кеплера» собирает группу специалистов, которая просматривает данные. Они отсеивают случайные события и отмечают объекты повышенного интереса. Таких на данное время 4000. После чего собирается другая группа, которая изучает выделенные объекты в деталях. Те, которые прошли и этот тест, становятся кандидатами в планеты – их сейчас более 3000. Но планетами они станут лишь после подтверждения.
Для него используют еще один космический телескоп, инфракрасный «Спитцер», а также земные телескопы и иные методы. Обычно исследуют путь звезды – легкие колебания ее траектории свидетельствуют о наличии планеты (или нескольких планет). И только после этого еще одна планета пополняет внушительный уже список.
Из данных «Кеплера» следует, что в нашей галактике не менее 150 млрд. планет и что они имеются не менее чем у половины звезд. Из 3000 кандидатов около половины небольшие, от несколько превышающих Марс до вдвое больших Земли. Очевидно, очень многие из них – каменистые планеты. Большинство остальных – газовые гиганты, или слишком горячие или ледяные миры с каменным ядром и мощной водородно-гелиевой атмосферой. Они непригодны для жизни, но вполне могут обладать массивными лунами, перспективными в этом смысле. В 2009 году британские учёные установили, что «Кеплер» способен обнаруживать их.
При прохождении планеты по диску светила происходит уменьшение его яркости, если же у планеты есть спутник, то и время прохождения по диску может меняться от раза к разу, ибо движение луны вокруг планеты приводит к колебаниям ее орбиты. Удалось установить, что "Кеплер" способен обнаруживать эти мельчайшие колебания. Легче всего искать их у легких газовых гигантов наподобие Сатурна – при сравнимом с Юпитером радиусе его масса втрое меньше. Их легче находить и гравитационное воздействие лун на них ощутимее. Так можно обнаруживать луны массой от 0,2 земных. Спутники размером с Землю телескоп может засечь у звезд, расположенных не далее 500 световых лет. Таких в наличии около 25 тысяч.
Большим сюрпризом для команды телескопа стало то, что две трети звезд, похожих на Солнце, имеют, в отличие от него, большие колебания яркости. Причины неясны. Возраст Солнца около 4.5 млрд. лет, оно довольно молодо и ожидалось, что большинство звезд в поле зрения «Кеплера» будет старше, а значит стабильнее. Но, похоже, они намного моложе. Такие колебания яркости не только осложняют гипотетическую жизнь, но и затрудняют выделение сигналов от небольших планет, и приходится засекать более трех транзитов (не мене шести, но лучше девять), чтобы найти такую у звезды солнечного класса. А ведь мы, если не лукавить, ищем именно вторую Землю…
Период обращения которой нам хорошо известен, это один год. Девять транзитов – девять лет. А ведь в ноябре 2012 НАСА отчиталось в блестящем завершении планов и задач, первоначально поставленных перед телескопом. Поэтому, всячески приветствуя решение продлить миссию еще на четыре года. Следует заметить, что и в таком случае она будет прекращена в самое важное с этой точки зрения время. Именно тогда и пойдут данные о возможных близнецах нашей прекрасной планеты. И если подходить к вопросу с умом и ответственно, то-есть прагматично, то миссию следует продлить вплоть до 2018 года.
Да, зонд стареет и несет потери: 9 января 2010 г. вышли из строя два из 42 фоточувствительных модулей матрицы фотометра. Поле обзора уменьшилось на пять процентов. 16 июля 2012 г. полетел и один из четырёх гироскопов стабилизации платформы. Но это не критично. Телескоп еще способен на многое!
Как говорит Уильям Боруцки, предложивший идею «Кеплера» и руководящий ныне его командой: «Данные, полученные сейчас, замечательны, но не так интересны, как те, что мы получим далее, когда найдем множество планет в обитаемой зоне – там, где планета может иметь жидкую воду и поддерживать жизнь. Вот это будет награда! Мы нашли золотую пыль. Если продолжим, найдем самородки».
Выполнил ли «Кеплер» план по добыче? На декабрь 2012-го подтверждены 116 планет из более чем 2321 кандидата. Из последних 246 сравнимы с Землей, 676 – суперземли (до 2 земных диаметров), 1118 – нептуны, 210 – юпитеры (от 6 до 15 земных диаметров ), и 71 – гиганты больше 15 диаметров Земли. Около 40% кандидатов входят в планетные системы, но на самом деле мультисистем должно быть намного больше, просто находить их мешает низкая чувствительность наших технических средств. Как видим, улов богатый и по землеподобным планетам план значительно перевыполнен! Хотя гигантов оказалось куда меньше, чем ожидалось.
Однако совершенно ясно, что это только начало и что самое интересное еще впереди, как в отношении количества открытий, так и в отношении их качества с точки зрения обитаемости и, чем черт не шутит, разумной обитаемости.
Разнообразие масс экзопланет, их орбит, расположения-чередования каменистых землеподобных и газовых гигантов поражает! Встречается едва ли не все, что можно вообразить: и планеты-океаны, подобные лемовской Солярис, и гиганты, едва не трущиеся раскаленным или даже расплавленным боком о хромосферу своего солнца, и алмазные миры, состоящие из углерода, и…
Фантазия природы поистине неистощима! Нашлась даже экзо, вращающаяся вокруг двойной звезды, – еще недавно образование планет у звездных мультисистем считалось невозможным. Вполне вероятны одинокие планеты-скитальцы, хотя по-гречески πλανήτης и так означает странника, одиноко летящие в звездной мгле, темные миры, над которыми никогда не восходит солнце и не занимается заря нового дня. Но даже эти планеты ученые не считают безнадежными для жизни. В последнее время речь заходит даже о спутниках у коричневых карликов и – что кажется уже совершенно поразительным – у черных дыр!
Остается лишь сожалеть, что «Кеплер» не был запущен вовремя – наши представления уже были бы гораздо шире. Мир вообще меняется на наших глазах! Он оказался куда сложнее и интереснее, чем представлялось даже самым смелым умам еще недавно. За последние двадцать лет мы узнали о нем больше, чем за четыре века со времен Галилея. Фактически мы только начинаем видеть, мы едва прозрели.
И в эту грандиозную картину, открывающуюся нашим изумленным взорам, никак не вписывается плоская и унылая идея бога-творца. Мироздание слишком богато, слишком велико, оно чересчур, с гигантским запасом избыточно для этой мелкой, провинциальной, эгоистичной, самонадеянной, безнадежно антропоцентричной идеи…