С момента первого подтверждения существования экзопланеты, вращающейся вокруг звезды, подобной Солнцу, в 1995 году, и с момента исследования лишь небольшой выборки нашей галактики Млечный Путь, мы уже открыли множество богатых жил.
Статистическая оценка, основанная на данных космического телескопа НАСА «Кеплер», показала, что в нашей галактике планет больше, чем звезд.
Это означает, что только в нашей галактике существует более триллиона планет, многие из которых имеют размеры Земли.
«Прямо сейчас мы впервые знаем, что маленькие планеты очень распространены», — сказала Сара Сигер (Sara Seager), профессор Массачусетского технологического института и пионер исследования экзопланет.
«Это феноменально. До Кеплера у нас не было возможности узнать это. Мы просто скажем в разговорной речи: они повсюду».
Планета, открытая в 1995 году, представляла собой горячий, окруженный звездами газовый гигант, который, как полагают, примерно вдвое меньше Юпитера.
Она так сильно притягивалась к своей родительской звезде, когда мчалась по четырехдневной орбите, что колебания звезды были очевидны для земных телескопов — как только астрономы узнали, что искать.
Обнаружение этого быстро движущегося гиганта, известного как 51 Pegasi b, положило начало тому, что можно было бы назвать «классическим» периодом охоты за планетами.
Ранний метод отслеживания колеблющихся звезд выявлял одну планету за другой, многие из которых были крупными «горячими юпитерами» с узкими, стремительными орбитами.
Метод колебания измеряет изменения в «лучевой скорости» звезды.
Длины волн звездного света попеременно сжимаются и растягиваются по мере того, как звезда движется то немного ближе, то немного дальше от нас.
Эти колебания вызваны гравитационными притяжениями, то в одну, то в другую сторону, от вращающихся по орбите планет.
Кеплер (2009-2018) положил начало тому, что мы могли бы назвать «современной» эрой охоты за планетами.
«Кеплер» вышел на околоземную орбиту, затем устремил свой взор на небольшой участок неба.
Он смотрел на этот участок в течение четырех лет.
Внутри этого маленького пятнышка находилось 150 000 звезд.
Кеплер ждал, чтобы уловить крошечные провалы в количестве света, исходящего от отдельных звезд, вызванные прохождением планет перед ними.
Это называется «транзитным методом».
После обнаружения размер орбиты планеты может быть вычислен исходя из периода (сколько времени требуется планете, чтобы один раз совершить оборот вокруг звезды) и массы звезды.
Спутник НАСА для исследования транзитных экзопланет, запущенный в 2018 году, использует ту же технику (в конце концов, она заложена в название) для обследования целых участков нашего неба.
Космические телескопы, такие как «Спитцер» и «Хаббл», использовались для обнаружения экзопланет и получения дополнительной информации о том, на что они похожи.
От массовых характеристик до элементов в атмосферах и карт погоды на планетах.
Наши глаза в космосе станут острее, начнут внимательно изучать атмосферы чрезвычайно далеких планет и даже фиксировать прямые изображения некоторых из этих миров — возможно, еще одного небольшого скалистого сине-белого шарика.
Как только свет будет пойман, его можно будет исследовать, чтобы выявить состав атмосфер экзопланет.
Представьте себе призму: пропустите через нее белый свет, и он разделит свет на радужный спектр.
Ученые могут читать цветные полосы этого спектра как штрих-код, показывая, какие молекулы присутствуют.
Это метод, известный как «транзитная спектроскопия», когда свет звезды проходит через атмосферу вращающейся планеты и достигает наших телескопов – в космосе или на земле – и сообщает о том, где он был.
Космический телескоп Хаббл обнаружил гелий и водяной пар в атмосферах экзопланет с помощью спектроскопии — более подробные профили атмосфер экзопланет были получены с космического телескопа Джеймса Уэбба после его запуска в 2021 году.
Другой метод охоты за планетами использует эффект, впервые описанный Эйнштейном: способность гравитации искажать и изгибать звездный свет.
Гравитация звезды на переднем плане увеличит свет от звезды на заднем плане, которая проходит сразу за ней.
Если у звезды на переднем плане есть планета на орбите, звезда будет выглядеть в правильно расположенном телескопе как всплеск интенсивности света по мере прохождения звезды на заднем плане — планета появится как второй, меньший пик.
Будущий космический телескоп НАСА Нэнси Грейс Роман (Nancy Grace Roman Space Telescope) будет использовать эту технику, которая в настоящее время используется наземными телескопами, для обнаружения экзопланет.
Одиночных пикселей света, полученного непосредственно с экзопланет, будет недостаточно, чтобы выявить особенности поверхности.
Но это предоставит следующую лучшую вещь: профили атмосфер экзопланет и, возможно, доказательства наличия газов, указывающих на наличие жизни.
До сих пор такие «прямые изображения» экзопланет в основном ограничивались планетами-гигантами, которые все еще настолько горячие после своего нового создания, что остаются самосветящимися.
Одним из самых ярких является фильм четырех экзопланет, вращающихся вокруг звезды HR 8799, созданный астрономами с использованием изображений Гавайской обсерватории Кека.
Космические телескопы следующего поколения будут искать прямые изображения экзопланет, используя технологии, которые сейчас находятся в стадии быстрого развития: коронограф и звездную тень.
Коронограф предназначен для затемнения подавляющего света звезд, чтобы показать планеты, вращающиеся вокруг них.
И все это происходит внутри телескопа: системы масок, призм и детекторов, которые вместе подавляют звездный свет.
Он включает в себя самоизгибающиеся зеркала с тысячами крошечных поршневых приводов, которые изгибаются в реальном времени, когда телескоп улавливает свет, прошедший десятки световых лет от экзопланеты.
Эти «деформируемые зеркала» компенсируют тонкие недостатки оптики телескопа, подавляя звездный свет и делая свет планеты более ясным.
Еще одна технология подавления звездного света называется звездной тенью.
Этот космический корабль в форме подсолнуха размером с бейсбольный мяч разворачивался, как оригами.
Припаркованная вдали от космического телескопа, ее характерная форма блокировала бы звездный свет и подавляла бы любой рассеянный свет, который в противном случае мог бы просочиться по краям.
Ученые НАСА работают над усовершенствованием конструкции звездного оттенка, чтобы его можно было рассмотреть для возможной будущей миссии.
Далее: Миссии НАСА, также известные как «Охотники за планетами».
