Понятно, что никакие теоретические рассуждения или компьютерное моделирование не позволят однозначно разрешить это противоречие. Ответить на вопрос о возможности существования иных планетных систем (а, следовательно, и потенциальных мест обитания братьев по разуму) могут только наблюдения.
Там жизни нет...
Естественно, больше всего исследователей интересуют звезды, подобные нашему Солнцу: не слишком горячие, но и не слишком холодные. Тем не менее, первые планеты за пределами Солнечной системы были найдены там, где их меньше всего рассчитывали обнаружить.
В 1992 году Алекс Волыитан и Дейл Фрейл с помощью 300-м радиотелескопа в Аресибо (Пуэрто-Рико) открыли в созвездии Девы новый миллисекундный пульсар, получивший обозначение PSR 1257+12. Как известно, пульсары представляют собой компактные сверхплотные нейтронные звезды, от которых регистрируется радиоизлучение в виде следующих друг за другом четких импульсов.
В данном случае перед учеными предстала довольно старая (с возрастом около миллиарда лет) нейтронная звезда, совершающая 161 оборот в секунду. Но что самое интересное, оказалось, что в пульсациях этого объекта отсутствует столь характерная для пульсаров регулярность: иногда импульсы радиоизлучения приходят на несколько миллисекунд раньше положенного времени, иногда чуть-чуть запаздывают.
Проанализировав характер этих вариаций, Вольштан обнаружил в них два периода — 66.5 и 98.2 дня. К этому времени он уже не сомневался, что причиной изменений в периодичности колебаний излучения пульсара являются две планеты, вращающиеся вокруг него.
Вольштан и Фрейл рассчитали, что особенности излучения пульсара можно объяснить, предположив, что одна планета имеет массу в 3.4 раза больше земной и вращается вокруг пульсара на расстоянии 0.36 астрономической единицы. Вторая планета должна быть в 2.8 раза тяжелее Земли и находиться на расстоянии 0.47 а.е. от него (приблизительно на таком расстоянии от Солнца находится Меркурий).
Первоначально предположение Волыитана и Фрейла не вызвало доверия их коллег, но потом им удалось измерить неравномерности излучения пульсара, вызванные взаимным притяжением планет. Ничем другим, кроме как наличием планет, эти новые данные объяснить было нельзя. Казалось бы, на этом можно и остановиться. Но Вольштан продолжил наблюдения. И вот, на расстоянии 0.19 а.е. от пульсара им была обнаружена еще одна крохотная планета с массой в 0.015 массы Земли, а также заподозрено существование четвертой планеты на более далекой орбите.
Семейство, открытое Волыптаном и Фрейлом, не является исключением. Наша соотечественница из Физического института им. Лебедева Татьяна Шабанова обнаружила две подобные планеты у пульсара PSR 0329+54 на радиотелескопе в Пущино. Эта система значительно крупнее американской: радиусы орбит планет составляют 2 и 7 а.е. (массы — 2 и 0.3 массы Земли соответственно).
К сожалению, открытия планет у миллисекундных пульсаров нисколько не прояснили загадку происхождения планетных систем. Если история протопланетных дисков у обычных звезд в общих чертах понятна, то миллисекундные пульсары в эту картину никак не вписываются. Ведь сейчас считается, что планеты и звезды образуются из одного и того же родительского облака, превращенного вращением в диск. Но откуда тогда взяться протопланетному диску даже не у звезды, а у ее бренных останков?
Возможно, ответ на этот вопрос кроется в двойственности большинства миллисекундных пульсаров, то есть наличием у них звезды компаньона. Падением его вещества на нейтронную звезду, скорее всего, и можно объяснить образование вокруг пульсара протопланетного диска. Пульсар PSR 1257+12 как раз в двойственности не замечен, следовательно, его спутник мог разрушиться полностью, сформировав диск, из которого образовались три или четыре планеты. Разрушение компаньона могло быть вызвано либо приливным воздействием нейтронной звезды, либо ее интенсивным жестким излучением.
Существуют и другие возможные сценарии образования планетных систем у пульсаров. Например, слияние двух белых карликов, в результате которого образуется нейтронная звезда и протопланетный диск. Правда, по современным представлениям, такой процесс скорее ведет к взрыву Сверхновой. Можно предположить, что планеты формируются из вещества, выброшенного Сверхновой при образовании нейтронной звезды. Остается и простейшее предположение, что пульсар просто сохранил свои старые планеты или перехватил планеты у другой звезды. Одним словом, о планетных системах пульсаров известно так мало, а возможных способов их возникновения так много, что выбрать из них хотя бы пару пока невозможно.
Скорее всего, механизм образования планет у пульсаров связан с какими-то исключительными событиями, и планетные системы у нейтронных звезд — явление достаточно редкое. Кроме того, жизни на этих планетах, по-видимому, нет: все формы живых существ, которые мы в состоянии вообразить, были бы убиты жестким излучением центрального светила. С точки зрения теории образования обычных звезд и планет, а также для определения степени нашей уникальности во Вселенной, было бы интересно узнать, как обстоят дела с планетами у звезд, похожих на Солнце. И открытие таких планет не заставило себя долго ждать.
Первая ласточка
Подобно планетам у пульсаров, планеты у солнцеподобных звезд не были увидены непосредственно. На огромных расстояниях, разделяющих звезды, даже очень большую планету, светящую отраженным светом, разглядеть нельзя, по крайней мере, при современном уровне технологий. Но ее можно обнаружить косвенно — по гравитационному влиянию на центральную звезду.
Утверждение, что Земля вращается вокруг Солнца, не совсем точно. На самом деле и Солнце, и планеты вращаются вокруг общего центра тяжести. Так же обстоят дела и в других планетных системах. Размеры "орбиты" звезды и скорость ее движения зависят от относительной массы планеты, вызывающей это движение.
Если смотреть на такую звезду издалека, окажется, что она движется не по прямой, а "болтается" около некой средней траектории. Благодаря открытию подобного болтания у Сириуса, Бессель предсказал существование его спутника, слабого белого карлика. Можно было бы надеяться, что астрометрические измерения помогут обнаружить и более тонкие отклонения, вызванные вращением массивных планет. Однако современные методы наблюдений пока недостаточно точны для этого.
Есть и другой способ обнаружить невидимую звезду или планету. Он уже давно успешно применяется при исследованиях двойных звезд. Этот метод основан на использовании эффекта Доплера, заключающегося в смещении спектральных линий на величину, пропорциональную скорости приближения или удаления от нас объекта. Наблюдая спектральные линии у заподозренных в наличии спутников звезд, можно по величине смещения этих линий увидеть, как меняется лучевая скорость звезды, "возмущенной" невидимым спутником.
И вот в октябре 1995 года швейцарские астрономы Мишель Майор и Дидье Квелотц объявили о том, что им удалось заметить колебания лучевой скорости с амплитудой 55 метров в секунду у звезды 51 Пегаса — почти точной копии нашего Солнца. Для сравнения скажем, что амплитуда изменений лучевой скорости Солнца, вызываемая Юпитером, равна 13 метрам в секунду. Колебания скорости 51 Пегаса повторялись регулярно с периодом 4.2 дня. Из этого следует, что планета с массой 0.5 массы Юпитера вращается очень близко от центральной звезды: на расстоянии всего лишь 0.05 а.е.
Итак, первая планета у солнцеподобной звезды наконец-то найдена! Но, к сожалению, и эта находка не только не прояснила проблему образования планет, но еще более затуманила ее. Как и планеты у пульсаров, спутник 51 Пегаса не вписывается в рамки традиционных представлений. Самую большую загадку представляет близость планеты к центральной звезде. Теория образования планет гласит, что близко к звезде формируются небольшие "каменные" планеты земного типа, а массивные газовые шары должны образовываться на более далеких от звезды расстояниях. Именно это, по всей видимости, произошло в Солнечной системе.
Что же за планета обращается вокруг 51 Пегаса? На таком небольшом расстоянии не может возникнуть ни гигантская "каменная", ни гигантская газовая планета. Существует несколько возможных объяснений происхождения этого странного спутника. Согласно одной из них, планета образовалась в 100 раз дальше от звезды, то есть там, где положено, но потом ее сбросило на близкую орбиту притяжение другого спутника 51 Пегаса — небольшой звезды, обнаружить которую до сих пор не удалось.
Другое объяснение связывает дрейф планеты к центру системы с тормозящим действием остатков протопланетного диска. В этом случае приходится предположить, что сейчас торможение прекратилось. Наблюдения показывают, что орбита 51 Пегаса В — так обозначается спутник — очень стабильна.
Эта планета оказалась лишь "первой ласточкой". Метод поиска планет по изменению лучевых скоростей еще далеко себя не исчерпал. В настоящее время доступны измерениям амплитуды колебаний до нескольких метров в секунду, что позволяет обнаружить достаточно массивные, сравнимые с Юпитером, планеты. Поиски менее массивных планет значительно тяжелее, так как их гравитационные воздействия на центральную звезду во много раз меньше (к примеру, амплитуда изменения скорости Солнца, вызываемая влиянием Земли, составляет всего 9 сантиметров в секунду).
Планеты на потоке
С 1987 года ведут поиск планет американские астрономы Джефри Марси и Пол Батлер. В их программу входят исследования 120 близлежащих солнцеподобных звезд. Работа Марси и Батлера в конце 1995 года наконец-то принесла первые результаты: ими обнаружены планеты у звезд 47 Большой Медведицы и 70 Девы. Первая из них в 2.4 раза тяжелее Юпитера и удалена от звезды на 2.1 а.е. Спутник 70 Девы значительно тяжелее: 6.4 масс Юпитера, радиус орбиты — 0.43 а.е. Обнаружение этих планет дало теоретикам возможность вздохнуть с облегчением: наконец-то найдены планетные системы, похожие на Солнечную. Не исключено, что во всех трех системах (51 Пегаса, 47 Большой Медведицы, 70 Девы) есть и другие планеты. Поиски юпитеров продолжаются и приносят все новые находки: система 55 Рака по своим параметрам (период 14.76 дня, амплитуда колебаний 72 м/сек, масса планеты 0.9 массы Юпитера) походит на первенца планетных поисков — 51 Пегаса.
Об обнаружении планет сообщают и другие группы ученых. Недавно американец Джордж Гэйтвуд объявил об открытии планетной системы у звезды Lalande 21185 (шестой по дальности от Солнца). По его данным возле этой звезды обращаются две планеты, причем одна из них очень далеко — на расстоянии 11 астрономических единиц, при массе, почти равной массе Юпитера. Таким образом, из всех открытых планетных систем эта больше всего похожа на Солнечную. Правда, измерения Марси и Батлера результаты Гэйтвуда не подтвердили, но амплитуда колебаний, вызванная такой далекой планетой, находится на пределе точности их методики.
Что дальше?
Планеты-гиганты, вращающиеся на небольших расстояниях от звезд, обнаружить довольно легко. Те из них, что доступны нашим наблюдениям, вероятно, через несколько лет будут найдены. 51 Пегаса стала первой звездой, существование планетной системы у которой подтверждено несколькими независимыми наблюдениями. Не исключено, что к концу столетия количество достоверно открытых планет за пределами Солнечной системы превысит число планет, вращающихся вокруг Солнца. Правда, среди них пока не обнаружена ни одна, хотя бы отдаленно напоминающая Землю, но главное, можно сказать, доказано: планетные системы во Вселенной есть, и их довольно много. Если в наших ближайших окрестностях так много Юпитеров, почему бы не быть и планетам земного типа?
Остается еще один вопрос, насколько можно доверять этим открытиям. Существование доплеров-ского смещения в спектрах исследованных звезд не вызывает сомнений. Но обусловлены ли они планетами или так проявляют себя слабые звезды-спутники? Проблема заключается в том, что в наблюдениях реально определяется не масса планеты М, а величина М sin i, где i — наклон ее орбиты к лучу зрения наблюдателя. Таким образом, наблюдения дают нижний предел массы спутника. Он совпадает с реальной массой, только если / равно 90 градусам (когда орбита перпендикулярна лучу зрения). Если же мы видим систему "с ребра", то масса спутника может быть гораздо больше. Положение "охотников за планетами" облегчается тем, что спутник на орбите, близкой к лучу зрения, должен вызывать затмения центральной звезды. Проходя по диску Солнца, юпитер ослабляет его блеск приблизительно на 1%. Ни у одной звезды, упомянутой выше, такие большие колебания блеска не обнаружены. Из этого следует, что ни одна из новых планет не вращается по орбите с малым наклоном и что ошибка определения их массы не превышает нескольких раз.
Таким образом, радость первооткрывателей можно считать оправданной, а всплеск открытий объяснить всего лишь озарением, снизошедшим на наблюдателей, догадавшихся применить для поиска планет спектральный анализ. Лед тронулся. В отличие от многих астрономических открытий последнего времени обнаружение планет могут оценить не только профессионалы. Может быть, через несколько лет мы узнаем о планетах что-нибудь такое, что в корне изменит наши представления о населенности космоса и о мире вообще.
