![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/6c4/7a9/081/6c47a90811e3dccd651f905e9f34f395.jpg)
Рассуждая о полетах к другим звездам, следует понимать, что собственно к звездам нам не надо — нам надо к другим планетам, желательно землеподобным и пригодным для жизни. А как узнать есть ли у соседних звезд планеты? Казалось бы все просто: возьми телескоп побольше, да посмотри. Если далекие галактики можем рассмотреть, то уж у близких звезд должны увидеть и планеты и спутники. Но есть “небольшая” сложность: в отличие от звезд и галактик, планеты практически не светятся сами, а только отражают свет своих звезд. Звезда засвечивает свои окрестности, поэтому, несмотря на развитие астрономической техники в ХХ веке, первую экзопланету — планету у другой звезды — нашли меньше тридцати лет назад.
Сегодня для поиска экзопланет разработано и освоено несколько методов.
Прямое наблюдение
Достаточно большой телескоп сможет рассмотреть достаточно большую и удаленную от своей звезды планету. Но для этого приходится постараться и воспользоваться специальным оборудованием. Чтобы избавиться от яркого света звезды, для поиска планет используют коронограф — непрозрачный диском в оптической схеме телескопа, который позволяет перекрывать свет яркого источника. В сочетании с адаптивной оптикой, эта система позволяет рассматривать крупные и удаленные планеты у соседних звезд. Лучше всего получается находить “молодые Юпитеры”, в инфракрасном диапазоне т.к. у них сохраняется высокое тепловое излучение со времен формирования.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/f30/2db/eb2/f302dbeb22ed4dcc89352eacdb81bbd9.jpg)
Несколько коронографов установили на 8-метровых телескопах обсерватории Gemini и VLT, которые обеспечивают высокое разрешение. И на сегодня уже смогли рассмотреть всего несколько инопланетных систем. Иногда система оказывается настолько молода, что планет еще не видно, зато хорошо различим протопланетный диск, как например у HR 4796, на расстоянии 230 св. лет от нас.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/133/9fc/f2f/1339fcf2f5be2abda4c2cd67bcae7747.png)
У звезды Бета Живописца смогли даже проследить орбитальное движение планеты за два года
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/eb8/dcf/8ec/eb8dcf8ec2d9e43696a94774f1b1a2a1.gif)
Космическому телескопу Hubble тоже удалось рассмотреть планету в результате многолетних наблюдений пылевого диска вокруг звезды Фомальгаут.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/475/84b/9e4/47584b9e44974a8bfd8a06176047120e.jpg)
В ближайшие годы количество экзопланет найденных и рассмотренных прямыми методами будет только расти, но пока так открывают и исследуются единичные тела. NASA ведет проект космической обсерватории Exo-S, которая состоит из отдельно выведенного телескопа и коронографа. Но предполагаемой даты запуска пока не называли.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/79b/7cf/8cb/79b7cf8cb80d079daa19200eed2698ff.jpg)
Транзитный метод
Этот косвенный метод позволяет определить число планет, их размеры, орбитальный период и параметры орбиты. В некоторых случаях удается даже получить грубые представления о составе атмосферы. В настоящий момент этот метод рекордсмен по количеству обнаруженных планет, прежде всего потому, что позволяет телескопам работать по площадям, а не концентрировать внимание на одной цели.
Принцип работы транзитного метода — фотометрия. Во время наблюдения регистрируется интенсивность свечения звезды. Если между нами и звездой проходит планета, то яркость звезды падает, и этот момент регистрируется на графике яркости.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/326/edb/644/326edb6443f696d9080a2e151b0c536e.gif)
Если провалы яркости происходят регулярно, и всегда равны, то можно предполагать, что такое воздействие вызывается планетой.
Колебания яркости звезды может вызывать не только планета, это могут быть внутренние циклы или звезда-компаньон. Поэтому транзитный метод требует подтверждения независимым методом. Сейчас известно несколько тысяч транзитных кандидатов, которые постепенно подтверждают или опровергают.
Несмотря на успехи этого метода, очевидны его недостатки:
Во-первых, планете должно повезти с орбитой, лежащей на линии нашего взгляда с Земли. Например Венера каждые 7,5 месяцев облетает вокруг Солнца, пролетая между нами и ним, однако ближайший транзит будет в 2117 году. Меркурий пролетает чаще, ближайший транзит ждем 9 мая.
Во-вторых, как видим, транзитный метод лучше работает для близких к звезде планет, особенно большого размера. Именно транзитный метод породил массу открытий т.н. "горячих Юпитеров" — близких к своим звездам планет-гигантов. Любопытно, что эти открытия опровергли существующую ранее теорию формирования планетных систем, которая объясняла распределение каменных и газовых планет в Солнечной системе.
В-третьих, поиск землеподобных экзопланет требует длительного времени наблюдения, ведь мало засечь единичный транзит, надо получить статистику: хотя бы три транзита. Т.е. для обнаружения, к примеру, Земли транзитным методом инопланетянам надо три года смотреть на Солнце "не моргая".
Длительные непрерывные наблюдения большого количества звезд стали возможны с развитием космонавтики, и запуском космического телескопа Kepler. Для повышения его эффективности, его направили на звездное скопление в созвездии Лебедя. Это позволило совершить множество открытий, но, к сожалению все эти планеты на расстоянии 2-3 тыс. св. лет, поэтому физически добраться до них или хотя бы рассмотреть, мы можем только мечтать.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/41f/b6a/cd8/41fb6acd8fed2c81f09bfd0dedcb0744.jpg)
Kepler проработал стабильно 4 года, пока не вышли из строя два из четырех двигателей-маховиков, которые позволяли ему поддерживать ориентацию. А нужно минимум три, для прицеливания по трем осям, поэтому теперь он работает в сильно ограниченном режиме используя два маховика и давление солнечного света в качестве третьего. Работоспособность его упала на 95%, но всей статистики наблюдения накоплено столько, что мы еще долго будем слышать об открытиях сделанных с его помощью.
NASA поддержало проект института MIT следующего телескопа для транзитного поиска планет в пределах 100 св. лет вокруг Солнца. Полет TESS ожидается в 2017 году. Думается, его результаты будут привлекать гораздо больше внимания общественности, т.к. планеты будут обнаружены "совсем близкие".
Метод радиальных скоростей (по допплеровскому сдвигу)
Мой любимый метод из-за феноменальных точностей, которые он обеспечивает и элегантной простоте физического принципа, легшего в его основу.
Но для начала немного о теории спектроскопии. Надеюсь все знают, что такое радуга, и как она образуется. Радуга — это спектр Солнца, полученный естественным путем. В спектре излучения сокрыт химический состав звезды, поскольку каждый химический элемент, будучи нагретым, светится каждый своим цветом.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/98e/2cf/804/98e2cf8048b7701bf6295cae978b736d.png)
Свечение регистрируется спектрометром и, определяя различные линии спектра, удается определять состав излучающего объекта. Если свет проходит через атмосферу планеты или отражается от поверхности, то часть света поглощается, и в спектре образуются провалы, указывающие на химические элементы, поглотившие свет.
Еще одно физическое явление, необходимое для понимания метода радиальных скоростей — это красное и синее смещение.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/242/90f/0c3/24290f0c3112fad03e97557fb0a1914f.jpg)
Когда изучаемая звезда удаляется от нас, длина волны испускаемого света растягивается, из-за чего весь спектр сдвигается в красную сторону. Если элемент удаляется и излучает красный свет, то мы его регистрируем уже в инфракрасном диапазоне, если зеленый, то в желтом, если синий, то в зеленом, и т.д.
Синее смещение — это обратный процесс. Если звезда несется к нам навстречу, то ее спектр "синеет" — сдвигается в синюю и ультра-фиолетовую сторону.
Как это связано с наличием планет у далеких звезд? Терпение. Нужно учесть еще одно свойство — движение двух тел у одного центра масс.
Все мы знаем, что Земля вращается вокруг Солнца. Это как бы верно, но не совсем. На самом деле Солнце и Земля вращаются вокруг одного центра масс, который не соответствует центру Солнца. Такой эффект есть и у Земли с Луной, а у Плутона с Хароном центр масс находится за пределами Плутона, поэтому они оба вращаются вокруг условной точки между ними.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/ce1/af2/dde/ce1af2ddea8546ebc64178931602421f.gif)
Разумеется, ничтожно малая масса Земли приводит к совершенно незначительному колебанию Солнца — в пределах 50 км, а вот Юпитер уже неслабо колбасит Солнце, вынуждая его отклоняться на 750 тыс км. Т.е. Юпитер и Солнце так же как и Плутон с Хароном вращаются вокруг точки в пространстве.
А теперь сводим все к одному методу поиска: экзопланета, вращаясь, вокруг своей звезды, вынуждает ее вращаться с отклонением от своего центра масс. Соответственно, относительно внешнего наблюдателя, звезда будет то отдаляться, то приближаться, что будет приводить то к красному, то к синему смещению спектра. Мы можем взять достаточно чувствительный спектрометр, и сможем увидеть как периодически краснеет и синеет спектр звезды, в полном соответствии с орбитальной динамикой планеты.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/e7e/566/a0d/e7e566a0d2289ff0574aa6874b2c513c.gif)
И, наконец, о точности метода: спектрограф HARPS на 3,6 метровом телескопе Ла Силла Европейской Южной обсерватории позволяет отслеживать движение звезды со скоростью до 1 метра (!) в секунду. Подобный метод позволяет находить землеподобные планеты на расстоянии до 150 св лет от нас, а “юпитеры” до нескольких тыс. световых лет. Как правило, именно метод допплеровского сдвига используют для перепроверки кандидатов планет, полученных транзитным методом.
К сожалению, метод работает точечно, и требует многократных наблюдений каждого объекта, поэтому не успевает угнаться за Keplerом, и не успевает осмотреть окрестные звезды. Однако, недавно HARPS поработал в поиске землеподобной планеты у ближайшей к нам звезды Проксима Центавра, в рамках проекта Pale Red Dot. Результаты еще не опубликованы, но ожидания весьма обнадеживающие.
В целом, эти два метода: транзитный и по допплеровскому сдвигу, составляют практически основу всех поисков:
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/14e/cf9/31e/14ecf931effe39b63eee1630a22be6f6.jpg)
Пробежимся еще по нескольким оригинальным методам, которые, с некоторыми оговорками, но работают.
Изменение орбитальной фазы отраженного света
Метод похож на транзитный, только регистрирует не падение яркости, а увеличение. Эффект возникает, когда планета у звезды находится в фазе четверти, и часть падающего света отражает в нашу сторону. Это как блеск вечерней/утренней Венеры плюсуется к яркости Солнца. Эффект зависит от размеров экзопланеты, близости ее к звезде, и яркости отраженного света. Метод грубый, зато не требует нахождения орбиты планеты на линии нашего взгляда.
Астрометрический метод
Похож на метод по допплеровскому сдвигу, требует длительных наблюдений, но не требует спектрометров. В ходе наблюдения положение звезды тщательно регистрируется относительно соседних объектов, и если наблюдаются волнообразные отклонения, то это указывает на достаточно массивного компаньона, вынуждающего звезду вращаться вокруг общего центра масс. Понятно, что звезда должна быть небольшой, а ее планета массивной, поэтому так чаще можно находить двойные звезды и коричневые карлики-компаньоны.
Уникальные астрометрические данные за десятилетия наблюдений накоплены в Пулковской обсерватории под Санкт-Петербургом. Сейчас обсерватория переживает нелегкие времена из-за растущего мегаполиса и засвеченного неба.
Метод гравитационного микролинзирования
Оригинальный метод, основанный на эффектах отклонения луча света гравитационным полем массивных объектов. Эффект гравитационной линзы возникает если точно на линии нашего взгляда оказывается два ярких и достаточно массивных тела. Например звезда нашей Галактики проходит между нами и другой далекой звездой или галактикой. Гравитация близкой звезды влияет на свет далекого объекта, отклоняя его, и формируя эффект "линзы". Если гравитационное поле звезды деформируется гравитацией экзопланет в ее системе, то и "линза" получится "бракованная" — с нарушениями.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/dda/71c/d78/dda71cd78471c46b8b77070ecf337c1b.jpg)
Развитие этого метода — поиск эффектов линзирования, которые вызываются невидимыми планетами, вплоть до бродячих по Галактике без своих собственных звезд.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/de6/5df/53c/de65df53c8df88f02ceb92ca719b8a62.gif)
Подобные поиски начал недавно Kepler перенацелившись на центр галактики Млечный путь. При проведении этого маневра связь с телескопом была потеряна, но сейчас уже восстановили, и теперь ждем новых данных от телескопа о перспективности метода.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/726/04d/e5d/72604de5dea58fb4d15949f7e49a0220.jpg)
В ближайшем будущем земляне узнают гораздо больше о своем окружении. Запуск космической обсерватории James Webb и строительство европейского Экстремального телескопа, появление более чутких спектрографов на замену HARPS, и результаты астрометрической “переписи населения Галактики” обсерваторией Gaia, позволят гораздо лучше понять строение и происхождение ближайших и отдаленных звездных систем, и узнать есть ли шанс у нас найти “запасную Землю”, инопланетную жизнь или даже разумных обитателей экзопланет.
Комментарии (18)
Vjatcheslav3345
04.05.2016 14:09А нельзя ли искать планеты в уже накопленных но не дообработанных сведениях — допустим ещё используя даже архивы прошлых столетий.
Вот на бирже есть для трейдеров возможность строить свои стратегии — так и здесь можно организовать — каждый желающий строит свою стратегию поиска в интернет архивах этих цифр. Нашедшему что то ценное — плюшка!
Ещё можно сюда IBM Watson прикрутить — думаю, у него получиться стать астрономом куда лучшим, чем врачом, да и для пациентов будет безопаснее :)(одно дело грести горы медстатистики — другое реально лечить).encyclopedist
04.05.2016 16:07По данным полученным с Кеплера такой проект уже есть: https://en.wikipedia.org/wiki/Kepler_%28spacecraft%29#Citizen_scientist_participation
Zelenyikot
04.05.2016 21:36Старые сведения недостаточно точные. Хотя недавно нашли планету в спектрах 1917 года. Так, что в целом можно, но для создания онлайн-сервиса придется постараться. Какие-то записи наверняка еще не оцифрованы.
chersanya
05.05.2016 08:05Про поиск экзопланет ничего не могу сказать, но вообще в астрономии/астрофизике есть открытые данные, доступные всем — например, тут (и ещё по ссылкам там же можно посмотреть) — наблюдаемые MOJAVE активные ядра галактик. Причём доступны данные с разных этапов обработки. На основе их анализа делаются выводы о физическом строении и параметрах этих объектов.
nkly
04.05.2016 14:19Не совсем понятен метод радиальных скоростей. Если вокруг звезды вращается одна планета, то смещение спектра ею и обеспечивается. А как разделить, какое влияние на величину смещения оказывает каждая планета? Например вокруг звезды вращаются девять планет, и как по смещению спектра узнать что их девять, и вычислить смещение для каждой?
zuborg
04.05.2016 16:16В случае нескольких планет будет не смещение спектра, а расщепление спектра — вместо одной линии мы будем видеть несколько смещенных.
encyclopedist
04.05.2016 16:36+1Нет, не будем. Ведь в каждый момент звезда движется с какой-то одной скоростью. Смещение от этой скорости мы и будем видеть.
zuborg
04.05.2016 17:20+1Да, каюсь, был невнимателен.
Тут, действительно, надо раскладывать кривую смещения в сумму нескольких.
Zenitchik
04.05.2016 15:01Ещё пульсарные планеты находят по доплеровскому сдвигу частоты пульсара.
zuborg
Отличная подборка.
Добавлю ещё такой перспективный метод, который пока что не используется — гравитационное линзирование. В отличие от описанного в статье (последний в списке) метода микролинзирования — гравитационное линзирование является прямым методом, позволяющим напрямую наблюдать излучение исследуемой планеты. В качестве линзы используется гравитационное поле Солнца — планета, Солнце и телескоп должны находиться на одной прямой. Основной проблемой в его использовании есть то, что телескопу нужно находиться на расстоянии минимум 550 а.е. от Солнца (диаметр орбиты Нептуна всего 30 а.е.), чтобы cолнечный диск не перекрывал изображение планеты. А с учетом короны Солнца это расстояние лучше сразу умножать в 4 раза ;-/. Доставить космический аппарат на 2200 а.е. в разумные сроки пока что не представляется возможным.
Интересной особенностью гравитационной линзы есть то, что угол преломления уменьшается с удалением от оси — фокусом является не точка, а вся ось. А в конкретной точке оси изображением будет являться не диск, а кольцо — оно носит название «кольцо Энштейна» )
Зато усиление светового потока для, например, Альфа Центавра составит 60000 раз, и растет с увеличением расстояния до удаленного объекта. Ещё большим плюсом есть то, изображение звезды будет смещено в пространстве относительно телескопа (если телескоп нацелен на планету), и поэтому будет усиленно меньше — гравитационное линзирование позволяет ещё и существенно увеличить соотношение яркости планеты к яркости звезды, вокруг которой она вращается.
Zelenyikot
У меня «ищут», а не «будут искать в далеком светлом будущем» )
ukhanov
А можно ли использовать планету, например Юпитер, в качестве линзы?
zuborg
Нет, там собирательная сила настолько мизерна, что придется лететь ещё дальше, чтобы Юпитер не перекрывал сфокусированное изобращение. И итоговое усиление светового потокоа тоже будет меньшим.