Борис Штерн
Миры вне Солнечной системы издавна были одной из областей естествознания, которые в наибольшей степени волнуют широкую публику. Если бы этого интереса не было, человеческий род не стоил бы ни гроша: что может быть естественней, чем попытки понять, уникален наш мир или нет, попытки представить или даже найти другие обитаемые миры.
В 1992 г. надежно зарегистрировали планетную систему у пульсара. Это гораздо легче, чем найти планету у нормальной звезды: пульсар излучает строго периодические всплески радиоизлучения. Если скорость пульсара по лучу зрения (по направлению к нам) изменилась, фаза импульсов начнет смещаться. При этом можно отлавливать изменения скорости в десятки сантиметров в секунду. Далее, если планет несколько, эти перемещения остается разложить на сумму кеплеровских орбит. Однако планеты у пульсара — не нормальные планеты.
Пульсар — нейтронная звезда, образовавшаяся при взрыве сверхновой. Нормальная планетная система при взрыве разрушается. Эти планеты образовались вокруг нейтронной звезды уже после взрыва — из части выброшенного вещества. Так что они — нечто совершенно экзотическое, не имеющее никакого отношения к вопросу о других мирах, пригодных для обитания.
Прорыв в поиске экзопланет произошел в 1995 г. Сначала расскажем о методе, с помощью которого был совершен прорыв и который по сей день является основным в поиске планет у других звезд. Как и в случае с «пульсарными» планетами, он основан на измерении скорости по лучу зрения.
Планета и звезда вращаются вокруг общего центра тяжести. Солнце под влиянием всех планет описывает сложную траекторию, но главный элемент этой траектории — эллипс (почти круг) от тяготения Юпитера, скорость движения Солнца по этому кругу 12 м/с. Нельзя ли измерить эту скорость благодаря доплеровскому смещению спектра звезды: в случае Юпитера — на одну тридцатимиллионную длины волны. Проблема в том, что в случае с обычной звездой нет идеальных частот, как в случае пульсара. Есть спектральные линии поглощения света в звездной атмосфере. Но они довольно широкие. Звезда вращается, ее верхние слои и атмосфера в движении. А главное — все атомы хаотически движутся со скоростями многие километры в секунду, поскольку атмосфера горячая. А надо почувствовать изменение средней скорости атмосферы звезды на метры в секунду. То есть вылавливать смещения спектра меньше, чем на одну тысячную ширины линий и одну стомиллионную длины волны! И это делается!
Найти смещения спектра на одну стомиллионную «в лоб» — все равно, что измерить микронные смещения рулеткой стометровой длины. Нужна хитрость. Хитрость основана на том, что можно очень хорошо измерять искажения формы спектра, гораздо лучше, чем смещения. А чтобы смещения спектра искажали его форму, свет звезды пропускают через газ с сильно изрезанным спектром, например через пары йода. В спектрометр попадает суперпозиция спектров звезды и йода. Первый гуляет туда-сюда, второй стоит на месте и не меняется: температура паров йода поддерживается постоянной. Форма суперпозиции сильнее всего меняется там, где крутой склон линии звезды накладывается на крутой склон линии йода. Изрезанность обоих спектров гарантирует, что таких совпадений будет много и даже ничтожные смещения дадут измеримый эффект. Но это еще не все.
Движется не только звезда, движется и наблюдатель, притом с гораздо большими ускорениями, поскольку сидит на более легком небесном теле. Из лучевой скорости звезды приходится вычитать движение Земли вокруг Солнца, возмущаемое Луной и всеми планетами Солнечной системы, а также суточное вращение Земли. Таким образом достигается точность около метра в секунду. Такова скорость человека, идущего прогулочным шагом. Напомним, это скорость бурлящей горячей звезды, измеренная с несущейся по сложной траектории с космической скоростью планеты. Кстати, для этих измерений не нужны космические или даже рекордные наземные телескопы.
К 1995 г. достигнутая точность измерения лучевой скорости звезд была существенно ниже — 10-15 м/с. Этого было недостаточно, чтобы уверенно рассчитывать на быстрый успех: напомним, скорость движения Солнца вокруг общего центра тяжести с Юпитером — 12 м/с. Но действительность преподнесла подарок.