Дмитрий Вибе: А нам ещё по семьсот!

Счётчик планет вне Солнечной системы миновал внушительную отметку: в ноябре 2011 года количество известных иных миров превысило семь сотен.

Один из главных выводов из этого изобилия состоит в том, что Солнечная система - не особенно типичный представитель планетных семейств.

Наше представление о планетных системах претерпело кардинальные изменения за какие-то пятнадцать лет. Причём неоднократно. До середины 1990-х годов единственной и потому типичной представительницей планетных систем была Солнечная система. Именно на неё ориентировались и космогонисты, и писатели-фантасты - потому что структура казалась вполне логичной. У Солнца, там, где теплее и ярче, четыре каменные планеты. Дальше, там, где похолоднее, четыре холодных газовых гиганта. Правда, был ещё и Плутон, но в те же девяностые начались открытия транснептуновых астероидов и стало ясно, что Плутон - не "настоящая" планета, а один из крупных объектов пояса Койпера, который всего лишь первым попался на глаза.

Первое же открытие планеты у другой звезды, похожей на Солнце, разрушило иллюзию типичности. Планета 51 Peg b заставила ввести в астрономический обиход понятие "горячий Юпитер" (для планет используется обозначение, состоящее из обозначения звезды с добавлением букв b, c, d...). При массе не менее пол-Юпитера она вращается по орбите с большой полуосью всего в пять сотых астрономической единицы, то есть в семь раз меньше, чем у Меркурия. С учётом размеров звезды это означает, что планета чуть ли не чиркает по поверхности родительского светила.

В категорию "горячих юпитеров" попадали и многие планеты, открывавшиеся позже, и на какое-то время сложилось впечатление, что именно такие перегретые газовые гиганты и доминируют среди внесолнечных планет. Однако, с другой стороны, понятно, что два основных метода открытия экзопланет - метод лучевых скоростей и метод затмений - обладают особой эффективностью именно в обнаружении "горячих юпитеров". Поэтому их кажущееся изобилие может быть не более чем проявлением эффекта наблюдательной селекции, когда мы преимущественно замечаем не то, чего много, а то, что более заметно. И к настоящему времени "горячие юпитеры", кажется, действительно сдают позиции. Если до 2000 года они составляли примерно половину от всех известных внесолнечных планет, то среди нынешних семи сотен их всего около двухсот - меньше трети.

Другая экзотика - планеты на вытянутых орбитах. Если в Солнечной системе рекордсменом является опять же Меркурий с эксцентриситетом 0.2 (из-за чего он в перигелии на 24 млн км ближе к Солнцу, чем в афелии), а у других планет орбиты мало отличаются от окружностей, то у внесолнечных планет круговые орбиты встречаются не так уж часто. Примерно у 250 экзопланетных орбит эксцентриситет больше, чем у Меркурия. Встречается и нечто совершенно невероятное: у планеты HD20782b эксцентриситет равен 0.97, то есть больше, чем у кометы Галлея, и это при массе в два Юпитера. Представьте себе такую махину, которая то подлетает чуть ли не вплотную к звезде, то улетает примерно на расстояние пояса астероидов (большая полуось у неё 1.4 а.е.)!

Правда, тут нужно иметь в виду, что напрямую эту махину никто не видел, в отличие от Юпитера или той же кометы Галлея. Параметры орбиты выводятся весьма косвенно - из анализа движения звезды под воздействием тяготения планеты. Если выбросить из наблюдений HD20782b самые крайние точки (ну мало ли, вдруг они ошибочные), решение получается более мягкое, с массой в 0.7 массы Юпитера и эксцентриситетом 0.57. Впрочем, и такой эксцентриситет не меняет сути - среди внесолнечных планет много объектов на сильно вытянутых орбитах, и это на эффекты селекции уже не списать.

Такие вытянутые орбиты не совсем понятны с точки зрения происхождения и эволюции планетных систем и бесперспективны с точки зрения надежд найти внеземной разум. Сейчас для оценки комфортабельности планеты для жизни широко используется понятие зоны обитаемости - интервала расстояний от звезды, в котором температура планеты будет совместима с существованием жидкой воды. Понятно, что у потенциально населённой планеты орбита должны быть близка круговой, чтобы она на протяжении своего года не выходила за пределы зоны обитаемости.

Не исключено, конечно, что часть таких странных орбит объясняется более глубокими ошибками в интерпретации наблюдений. Поучительный пример был опубликован в октябре журналом Astronomy & Astrophysics. Сейчас основными поставщиками данных об экзопланетах являются космические телескопы "Кеплер" и CoRoT. С их помощью детектируются планетные затмения - моменты прохождения планеты по диску звезды, из-за чего яркость звезды слегка падает. Данные с космического телескопа как будто указывали на планету с размером порядка Нептуна на орбите с периодом порядка 36 дней. Однако поздние тщательные наземные наблюдения показали, что на самом деле изменения блеска системы объясняются не планетными затмениями, а комбинацией взаимных движений в тройной звезде. Это, конечно, не означает, что планеты там нет, но кажущиеся затмения вызываются не ею.

Из-за опасности таких "ложных срабатываний" все планеты, обнаруживаемые "Кеплером" и CoRoT, сначала получают статус кандидатов, потом проходят тщательную проверку с использованием наземных инструментов и лишь после этой проверки зачисляются в списки внесолнечных планет. Пожалуй, наиболее подробный каталог на сегодняшний день ведётся Жаном Шнайдером из Парижской обсерватории - exoplanet.eu.

Поскольку теперь открытие внесолнечных планет стало рутиной, наблюдатели, занятые их поиском, перестали сообщать о каждой из них и ждут, пока не накопится солидный пакет. В сентябре 2011 года, например, их количество возросло сразу более чем на 60 штук. Двадцать три планеты были открыты телескопом-роботом WASP на Южно-Африканской астрономической обсерватории. Ещё 41 планета была обнаружена при помощи спектрографа HARPS, установленного на 3,6-метровом телескопе Европейской южной обсерватории в Чили.

Если первоначально поиски планет ограничивались звёздами, похожими на Солнце, то теперь ясно, что планетные системы можно искать и у других светил. Особенно интересны, конечно, крайние значения. Во-первых, планеты обнаруживаются у коричневых карликов, то есть у объектов, которые при формировании не набрали достаточно массы, чтобы стать нормальными звёздами. Во-вторых, планеты, хотя и редко, обнаруживаются у звёзд с массой, которая в несколько раз больше солнечной. В обоих случаях возникает вопрос, насколько мы вообще хорошо понимаем, что именно следует считать планетной системой.

Суть проблемы - в понимании отличий между планетами-гигантами и коричневыми карликами. Сейчас граница между ними проводится по чисто внешним признакам: если масса больше 13 масс Юпитера - мы имеем дело с коричневым карликом, если меньше - мы наблюдаем планету. И вот тут возникает масса проблем, которые отчасти выявились и благодаря исследованиями экзопланет. Чем, например, следует считать тело с массой меньше 13 Юпитеров, которое не обращается вокруг более массивного тела? Ведь это может быть как самостоятельно образовавшаяся "недозвезда", так и планета, выброшенная из системы в результате гравитационного взаимодействия с другими планетами.

Далее, для большинства планет нам известна лишь нижняя граница массы, но не сама масса. Это означает, что некоторые тела, которые сейчас считаются планетами, могут на самом деле быть коричневыми карликами (если проводить разделение исключительно по массе). Возьмём в качестве примера самую массивную звезду с планетой - HD 13189. Её масс равна 4.5 массы Солнца, минимальная масса планеты - 8 масс Юпитера. С чем мы здесь имеем дело, с уникальной планетой системой у массивной звезды? Но, может быть, реальная масса спутника гораздо больше и систему следует классифицировать как двойную, с обычной звездой и коричневым карликом?

На фоне всех этих вопросов утешает перспектива. Нынешние семь сотен - не последние. Систематические поиски дают свои результаты, и преодоления тысячного рубежа осталось ждать недолго. У одного только "Кеплера" в запасе добрая тысяча кандидатов, да и другие экзопланетные инструменты работают без перерыва. Будем потихоньку разбираться в других планетных системах - и, глядишь, лучше поймём, что происходит в нашей собственной.