Удивительная астрономия, стр. 4

Планеты земной группы очень плотные; гиганты, напротив, обладают низкой плотностью вещества. Например, Сатурн по своей средней плотности легче воды. Если бы нашлась огромная ванна, способная вместить в себя Сатурн, то эта планета бултыхалась бы на поверхности воды, тогда как Земля непременно утонула бы. В Солнечной системе все гигантские планеты сильно удалены от дневного светила. Ближайшая из них – Юпитер – лежит в 779 млн км от нашей звезды. Еще дальше расположены Сатурн (1427 млн км), Уран (2869 млн км) и Нептун (4498 млн км).

Скорее всего, прочие планетные системы нашей Галактики тоже содержат как «твердые», так и гигантские планеты, хотя точно утверждать это пока невозможно. Зато смело можно предполагать, что в любой планетной системе насчитываются миллионы малых планет. Малой планетой называется объект неправильной формы, который обращается вокруг Солнца, подобно большой планете, но из-за ничтожных размеров не имеет сложного строения и не способен своей массой расчистить собственную орбиту от космического мусора.

По сути, малые планеты как раз и представляют собой наиболее крупные обломки из разряда космического мусора. Как полагают ученые, все планетные системы возникли из газопылевых туманностей вокруг звезд. В таких туманностях в определенный момент времени возникали сгустки вещества, которые росли за счет собирания пылевых частиц, газа и таких же «новорожденных» сгустков по соседству. Активно растущие сгустки превратились в большие планеты, медленно растущие стали малыми планетами.

Малая планета – астероид Гаспра

На сегодняшний день принято различать две группы малых планет – астероиды и транснептуновые объекты (ТНО). Основная часть астероидов сосредоточена в пространстве между орбитами Марса и Юпитера, где они образуют так называемый Пояс астероидов. Известны астероиды «троянцы», которые движутся по орбитам больших планет – Земли, Марса, Юпитера и Нептуна. Кроме того, между орбитами Юпитера и Нептуна разбросано немало особых астероидов, получивших собирательное название «кентавры».

Транснептуновые объекты иногда называются ледяными карликами. Если астероиды состоят из металла или каменистой породы, то ледяные карлики сложены из водяного и метанового льда с примесью камней. Основная часть этих объектов находится в Поясе Койпера, который начинается за орбитой Нептуна, то есть в 30 астрономических единицах от Солнца, и простирается до окраин Солнечной системы (на 100–150 астрономических единиц от нашей звезды).

Среди малых планет есть несколько особо крупных тел, имеющих близкую к шарообразной форму, которые трудно зачислить в обычные астероиды. Можно сказать, что эти объекты – великаны среди гномов.

Такие космические тела условно назвали карликовыми планетами. Их на сегодня известно лишь пять, причем только одна из них находится в Поясе астероидов, тогда как остальные четыре принадлежат к Поясу Койпера. Эти объекты – Церера, Плутон, Хаумеа, Макемаке и Эрида. Об их природе речь пойдет в следующих главах.

Поиск других планетных систем

«Одинокие», не имеющие планетной системы звезды, вероятно, нередки в космосе. Поэтому поиск звезд, обладающих собственными планетами, требует немалых трудов. Первым открытиям предшествовало множество заблуждений. Одним из них было предположение о наличии планет вокруг летящей звезды Барнарда.

Эта звезда была случайно открыта в 1916 году и получила тогда свое название «летящая» из-за относительно высокой скорости по сравнению с соседними звездами. Наблюдения за летящей звездой велись с 1938 по 1978 год, то есть сорок лет. За это время были сделаны 2400 фотографий светила, с помощью которых удалось установить, что звезда движется весьма неровно, ее словно что-то раскачивало в пространстве.

Так «раскачивать» звезду может лишь массивная планета или даже несколько массивных планет. Поскольку у звезды и ее спутника есть общий барицентр, то при большой массе планеты он смещается далеко от центра звезды, и светило начинает «вилять» в течение своего полета.

Впоследствии более точные измерения показали, что летящая звезда все-таки не отклоняется от прямого пути, а значит, никаких гигантских планет вокруг нее не обращается. Несколько подобных ошибок было допущено наукой на протяжении второй половины ХХ века. Однако от такого метода поисков (астрометрического) до сих пор не отказались, он совершенствуется и продолжает помогать ученым.

Наряду с астрометрическим в обсерваториях применяется и метод Доплера. Его смысл состоит в том, чтобы по изменениям в свечении обнаружить признаки «раскачивания» звезды планетами. Дело в том, что из-за планетного притяжения звезда приобретает небольшую добавочную скорость – так называемую кеплеровскую скорость. Скажем, кеплеровская скорость Солнца, приобретаемая под воздействием Юпитера, составляет 12,5 м/с, Сатурна – 2,7 м/с, Земли – 10 см/с. Кеплеровские скорости приводят к изменениям в потоке излучения, идущем от звезды, и эти изменения при соблюдении определенных условий нетрудно измерить.

Активная «охота на планеты» началась в 1987 году, но лишь в 1994 году у звезды 51Peg в созвездии Пегаса впервые удалось обнаружить не призрак, а реальную экзопланету, получившую обозначение строчной латинской буквой b. Только после тщательной проверки данных, продлившейся почти год, ученые опубликовали ошеломляющую новость.

Созвездие Пегаса и звезда 51Peg

Сомнения вызывали полученные сведения о природе планеты. Измерения четко показывали, что каждые 4,2 земных суток у звезды менялась кеплеровская скорость, причем на 60 м/с. Это говорило о том, что вокруг светила обращается массивная планета, похожая на Юпитер, но которая находится к своей звезде в 8 раз ближе, чем Меркурий к Солнцу, и совершает полный оборот на орбите за 100 часов.

Поверить в это было трудно: ведь мы привыкли к тому, что гигантские планеты удалены от Солнца, да и ближайший к нашему дневному светилу Меркурий «старается» держаться от звезды на расстоянии 58 млн км, тогда как экзопланету 51Pegb и ее звезду разделяют немногим более 7 млн км. Естественно, ученые предположили, что дело в неисправности оборудования, и решили провести повторные замеры. Но на этот раз планете расставили хитрую ловушку.

В марте 1995 года Земля вышла на такой участок орбиты, с которого не просматривалось созвездие Пегас, поскольку оно было заслонено от земного наблюдателя Солнцем. Звезда 51Peg должна была выйти из-за солнечного диска в июле того же года. Зная период обращения предполагаемой планеты, астрономы вычислили, какой будет кеплеровская скорость 51Peg в момент появления Пегаса на земном небе. Вычисления полностью совпали с реальностью. Стало быть, ученые столкнулись не с ошибкой приборов и не с пульсацией звезды, а с удивительной новой планетой.

Впоследствии астрономам, применяющим и многие другие методы изучения звезд, удалось обнаружить еще несколько необычных планет-гигантов, которые из-за близости к звезде прозвали «горячими юпитерами». Самое первое открытие экзопланеты подсказало ученым, что планетные системы не обязательно будут похожи на Солнечную. И в дальнейшем это подтвердилось. Оказалось, что планеты-гиганты обычно располагаются ближе к звезде.

Астрономов это не очень удивило. Ведь именно так ведут себя планетные луны в нашей системе. Если посмотреть на спутники Юпитера, Сатурна и прочих планет, то можно увидеть, что крупнейшие из лун всегда находятся вблизи планеты, вокруг которой обращаются. А маленькие луны располагаются в удалении. Чем дальше спутник от своей планеты, тем он мельче в размерах.