Під невідомими сонцями

Замість передмови

Наша шкільна й університетська освіта - достатньо інертна штука, а астрономії в ній приділяється ще й зовсім мало часу. Більш того, навіть, сучасні підручники - достатньо консервативні й те, що в них міститься, часом, втратило актуальність, можливо, ще до народження декого зчитачів тих книжок, чи цього посту. Так, за останні 30 років ми отримали цілу лавину дивовижної інформації про будову й долю нашого Всесвіту, створили детальну мапу крупномасштабної структури Всесвіту, зрозуміли, що можемо побачити й зафіксувати тільки три відсотки нашого Всесвіту, дізналися дуже багато про зірки, туманності й планети, як у нашій Сонячній системі, так і поза її межами… Стоп. Які це такі планети поза межами Сонячної система? Ми в школі такого не вчили! А все тому, що шкільна програма з астрономії "застигла" десь в районі 1991 року, а позасонячні планети почали відкривати тільки з 1995. З тих пір ми вже відкрили тисячі нових світів. Якщо точніше, то зараз ми маємо біля 2000 підтверджених планет поза межами Сонця й близько 4000 кандидатів, існування яких ще достовірно не перевірено. Всі позасонячні планети називають екзопланетами

Оця плямка - сфера, в середині якої ми можемо
знаходити планети навколо інших зірок

Що ж таке ці екзопланети?

exoplanet чи extrasolar planet - буквально з англіської "позасонячна планета" (також, від латинського "exos" - зовнішній), себто, планета, яка обертається навколо іншої, ніж Сонце, зірки. Принципово вони ні чим не відрізняються від тих, що обертаються навколо Сонця. Основні відмінності - це склад надр та атмосфери, параметри орбіти, швидкість обертання тощо.

Історія

Мабуть, з самого початку свого свідомого існування людина прагнула до невідомого. Спочатку це був сусідній гай чи протилежний берег річки. Потім інший острів чи континент (згадаймо Гомерівську "Одісею"), тоді сусідня планета, а зараз - коли ми вже активно досліджуємо нашу Сонячну систему автоматичними космічними зондами - цим незвіданим для нас стали інші зірки. Точніше, планети навколо них. Зараз ці штуковини уособлюють у собі все те, чого ми так сильно - свідомо, чи не свідомо - прагнули ледь не всю свою історію: відкриття далеких незвіданих світів.

З категорії мірй у категорію наукових гіпотез інші зоряні світи почали переходити ще VI століття до нашої ери зусиллями грецького вченого Анаксімандра з Мілета. Саме він припустив існування у безмежжі Всесвіту більш, як одного світу. Правда, про ці думки давно забули на багато років. Аж на стільки, що спалили Джордано Бруно, коли той спробував припустити, що навколо інших зірок теж можуть бути населені планети. Але, як би там не було, подули вітри змін, прийшли нові часи й нас перестала лякати думка, що десь серед зірок може жити хтось інший. Ми почали пробувати заглядувати в зоряну безодню, шукаючи там інший розум. Але, стало дуже швидко зрозуміло, що ми не зможемо знайти їх без відповідних надчутливих приладів крізь щільну земну атмосферу. Тому, перші планети почали відкривати тільки після виведення орбітальних телескопів - а саме, "Габла" і спеціального ловця чужих планет - "Кеплера", а також винайдення для земних телескопів спеціальної адаптивної оптики, яка на ходу підлаштовувалася б під коливання атмосфери. Тим не менш, пошуками планет достатньо серйозно почали займатися в кінці 80х років минулого століття, а перша планета була відкрита 1991 з допомогою... радіотелескопа. Вона була відкрита біля радіопульсару, який знаходиться аж на відстані в 1000 світлових років від нас. Яким би не здавався дивним цей випадок, проте, це достатньо логічна історія, бо ж пульсари - це гігантські маяки Всесвіту. Подібно маякам, вони випромінюють напрямлені промені електромагнітного випромінювання у протилежних напрямках, обертаючись при цьому з постійною швидкістю. Тож, період зміни їх блиску і величина цієї зміни дуже точні, а так як наша атмосфера для радіохвиль зовсім прозора й не дуже їх спотворює (на відміну від видимого світла), то відстежувати спотворення у стройних рядах змін блиску, які зумовлені проходженням планети між нами й пульсаром, дуже просто. Правда, планети такі є дуже екзотичними й рідкісними (та й жити там дуже тяжко, опромінюючись що-кілька-хвилин), а ми завжди більше хотіли знайти щось схоже на нас у Всесвіті, ніж радикально відмінні світи. І ці схожі світи знайшли!

Першу планету, навколо зірки, схожої на Сонце знайшли 1994 року (підтверджена 1995) на наземній французькій обсерваторії і без адаптивної оптики. Знайшли її навколо безіменної зірки з номером 51 сузір'я Пегаса. Згодом планету назвали Белерофонтом на честь напівлегендарного давньогрецького героя, що осідлав того самого крилатого коня - Пегаса, чиїм ім'ям назвали сузір'я, де цю планету знайшли. Правда, разом з радістю прийшло й розчарування. Белерофонт виявився газовим гігантом, трохи більшим за Юпітер і перебуває він на відстані від своєї зірки значно меншій, за, скіжімо, наш Меркурій. А це значить, що там дуже жарко. Якщо точніше, то більше 1100 градусів Цельсія у верхніх шарах атмосфери. А це значить, що звичайним явищем там будуть "залізні" й "скляні" дощі, які, правда, нікуди не падають, просто тому, що поверхні там нема зовсім. Газові гіганти - вони такі.

Якими бувають екзопланети?

Уявний вигляд телескопа "Джеймс Веб"

Забігаючи наперед, маю сказати, що золотий вік екзопланет ще не почався. А почнеться він десь так через 2 роки - 2018 2020 (на жаль, перенесли запуск) із запуском орбітального телескопа "Джеймс Веб" - більш ніж удвічі більшого за легендарного "Габла" чи "Кеплера" (за "Кеплера" взагалі, у 5 разів більший). Більш того, не відстають і наземні телескопи (обладнані адаптивною оптикою, звичайно. Без неї зараз нікуди). Вже заклали місце під будівництво Європейського Наздвичайно Великого Телескопа (EELT) з діаметром головного дзеркала 39 метрів!

Але вже й зараз ми маємо біля двох тисяч підтверджених екзопланет і біля чотирьох тисяч кандидатів у такі об'єкти. І це тільки в зовсім невеличкому околі нашої сонячної системи, бо далі ми заглянути ще не можемо. Само собою, при такій кількості планет їх уже давно "розклали по поличках" і класифікували.

Тут варто сказати зразу, що методи дослідження позасонячних планет не можуть похвалитися високою точністю. Тому, ця класифікація багато в чому заснована на комп'ютерних моделях та фантазії вчених. Тим не менш, ми отримуємо все нові й нові дані, які дозволяють уточнювати параметри цих планет і, навіть, склад їх атмосфери.

Як відомо, планети є маленькі, а є великі. І різняться вони, зазвичай, не тільки розмірами, а й радикально відрізняються за своєю будовою. "Карликові", чи землеподібні планети мають велику густину та складаються, переважно, з чітко вираженого залізного ядра, та силікатної (з розплавленого каміння) мантії. Це все, як правило, покрито тоненькою, як в шкірка в яблука, планетарною корою. А от гіганти цієї кори і твердої поверхні взагалі не мають, та складаються переважно з легких сполук, типу водню, гелію чи амівку і скидаючись більше на недорозвинені сонця, ніж на планети. Тим не менш, їх розміри, часто, в сотні разів перевищують розміри землеподібних планет.

Тож, давайте, трохи пройдемося по цьому всьому списку:

Гіганти

Почнемо з периферії, звідти, де повільно "пливуть" у космосі темні (бо далеко від своїх сонців) холодні кулі водню та аміаку.

Найдалі від своїх зірок знаходяться аміачні гіганти. Вони настільки холодні, що цілком можуть бути вкриті глобальним аміачним чи метановим океаном - ці гази замерзають там настільки, що здатні перетворюватися на рідину чи й "лід". Під аміачними дощами серед метанових океанів на таких величезних планетах плавають шматки аміачного льоду. І хто знає, чи ходить хтось по тих крижинах?.. але, про це трохи згодом. До аміачних гігантів "з натяжкою" можна віднести і Юпітер та Сатурн (хоча, там цих речовин не дуже багато, але в певних шарах атмосфери вони утворюють хмари).

В принципі, ще далі за аміачних гігантів знаходяться від своїх зірок крижані гіганти, як наші Нептун чи Уран, в атмосфері яких міститься багато водяного, аміачного та метанового льоду. Але, як виявилося, такі планети - достатньо велика рідкість. У всякому разі для околиць нашої планети, куди ми можемо заглянути. Тому, в деякі класифікації такі планети, навіть, не потрапляють. Так то!

Більш теплими є водяні гіганти - планети, де вода може перебувати у рідкому стані. Вважається, що така планета могла б мати певний шар, з рідкою водою, який утворював би глобальний водяний океан. Цікаво, що дна в такого океану, швидше за все, не було б. Так як у планет-гігантів поверхні, як такої, немає. Якби така планета існувала в нашій Сонячній системі, вона б літала десь між орбітами Землі й Марсу.

Йдучи ближче до зірки ми зустрічаємо таких-собі лужнометалевих гігантів. Там вода вже не може перебувати у рідкому стані. Більш того, вже починають випаровуватися й легкоплавкі лужні метали, типу літію, калію чи цезію (ці планети хоч і гіганти, але можуть мати у своєму складі метали, бо ж знаходяться близько до своєї зірки, де зазвичай і лишається багато важчих речовин). Якщо на такій планеті знаходиться вуглець і кисень, то за таких температур перший не може повноцінно окиснитись другим (утворити вуглекислий газ. CO₂) і утворює гігантські хмари смогу з чадного газу (CO). Гарна була б ілюстрація до пригод Данте колами пекла - металеві дощі серед чорних чадних хмар :)

Розжарена атмосфера планети
HD 209458 b, або ж "Озіріса"

…потім ми добираємось до залізних гігантів типу того ж Белерофонту, про який уже говорили, а далі зустрічаємо зовсім дивні планети, схожі на комети.

Вони знаходяться до своїх зірок настільки близько, що нагріваються настільки, що починають втрачати атмосферу й, подібно до хвостатих нічних мандрівниць, теж обзаводяться довгою вуаллю з власної атмосфери, яку підносить догори величезна температура, а здуває сильний зоряний вітер від зірки.

А де ж карлики?!

…і тут доведеться трохи розчаруватися, бо наше обладнання не настільки досконале, щоб дізнаватися про порівняно невеликі й легенькі планети земної групи щось більше за факт їхнього існування (в багатьох випадках такі планети відкривають за ефектом гравітаційного мікролінзування. А він не дає жодних відомостей про атмосферу планети). Та й відкрили їх зовсім не так багато, як гіганти. Чому? Знову ж таки, зараз ми не маємо справді ефективних інструментів для пошуку таких планет. Зараз, як правило, виділяють "землі", "суперземлі" та "субземлі" (таких всього кілька штук знайшли), які теж бувають холодними, теплими (як наша Земля) та гарячими.

Але... тут зразу на думку спадають саме "теплі" й саме "землі", які обертаються по відносно круговим орбітам навколо зірок, схожих на наше Сонце. Чи існують вони? Зараз отримано дані про кілька кандидатів у такі планети. Цікаво, що, не так давно була підтверджена землеподібна планета навколо зірки Альфа сузір'я Центавра - однієї з найближчих до нас зірок. У масштабах Всесвіту до неї "доплюнути" можна. І це вселяє надію :)

Не звичайні

У фантастичних фільмах (та й книжках) фантазія авторів, часто, не йде далі зображення пустельних/водяних/льодяних/лісових, чи ще якихось "-их" планет. А от природа має значно кращу уяву. Тому, в "планетарному зоопарку" існують дуже дивні, як за нашими мірками, планети.

Планети навколо червоних карликів. Як відомо, червоні карлики холодніші за Сонце, тому, планети на невеликих відстанях від таких зірок не перетворюються на жаровню, типу нашого Меркурія, а можуть зберігати атмосферу й більш-менш комфортний діапазон температур на поверхні. Проте, такі планети, подібно до нашого Меркурія чи Місяця, будуть повернуті до свого світила тільки одним боком (наприклад, найближчі планети в системі Gliese 581). Себто, з одного боку такої планети буде вічний день, з іншого - вічна темрява ночі. Особливістю таких планет будуть постійні вітри, що дутимуть з освітленого на неосвітлений бік (і навпаки. Зі світла в темряву такі вітри дмутимуть "по верху", бо підніматимуться з нагрітої сонцем "денної" поверхні. А з ночі в день дмутимуть понад поверхнею). Правда, варто сказати, що такі планети не матимуть магнітного поля, бо їх ядро обертається дуже повільно (з інтервалом в один місцевий рік),  існувтому мало ймовірно, що там можеати якесь високоорганізоване життя - надто сильна буде радіація на поверхні (хоча, хто зна? Навіть, деякі земні види пристосувалися до відносно високої радіації).

Цікавим кандидатом на "а може й живе там хто" є величезна планетна система навколо надхолодного карлика TRAPPIST-1. Всі сім планет обертаються навколо нього по дуже близьких орбітах і, при цьому, всі являються "землями" чи "субземлями" (тиму Марсу. 5 "земель" і 2 "субземлі"). При цьому цілих три планети знаходяться в зоні, придатній до життя. Також, дехто з учених вважає, що якщо зоря, навколо якої обертаються планети - це надхолодний карлик, то й випромінюватиме відносно мало руйнуючої радіації. А це вже робить ідею пошукати там життя не такою вже й безнадійною!

Ще одним цікавим різновидом незвичних планет є планети з великим ексцентриситетом, тобто планети, які рухаються не по кругових, а по сильно витягнутих (подібно більшості комет) орбітах, як, скажімо, 16 Cygni Bb,

Так обертається "Йо-йо"
навколо своєї зірки

або "Йо-йо". Клімат на таких планетах буде катастрофічно змінюватись на дуже короткі проміжки часу, коли планета перебуватиме найближче до свого світила (комети Сонячної системи в такі моменти обзаводяться довжелезними хвостами з розтоплених сонцем вуглекислоти, аміаку й води). Льодяна пустка з короткими періодами пробудження з-під крижаної ковдри - саме такими є ці планети.

Досить незвичними для нас, тим не менш, потенційно придатними для життя, можуть бути планети земного типу, які є супутниками планет-гігантів (і тут згадуються няшні ведмедики з "Зоряних Війн", що жили на лісовому місяці планети). У нашій Сонячній системі є кілька таких - Місяць, чотири Галілеєві супутники Юпітера та Титан, що обертається навколо Сатурна. В принципі, ніщо не заважає існувати й ще масивнішим планетам навколо газових гігантів. Як показує приклад нашої сонячної системи, такі супутники можуть бути достатньо великих розмірів, щоб утримувати атмосферу й магнітне поле. Такі планети, навіть, знаходячись на достатньо великій відстані від Сонця, можуть бути теплими, розігріваючись гравітаційним стисненням материнської планети то з одного то з іншого боку (згадайте пластилін, який гріється й розм'якає в руках, якщо його пом'яти. Тут щось схоже, тільки в більших масштабах, а замість ваших рук - різниця в силі притягання найближчої та найдальшої точки супутника до материнської планети-гіганта).

Різниця в силах притягання різних частин
супутника може створювати приливні сили,
які будуть його розігрівати

Проте, зараз, на жаль, ще жодного такого супутника ще не знайдено (при чому, не тому, що їх не існує, а тому, що ми не вміємо їх знаходити).

А це все що це таке взагалі? Вони, точно, планети?

Я б сказав, що такого класу екзопланет, як "ААААА!!! шо-воно-ондо-ото-там", не існує. Проте, часом, ми знаходимо планети в таких місцях, про які важко й подумати. Перш за все, це планети-сироти, які з якихось причин були викинуті за межі власної планетної системи й блукають тепер у повному мороку. Чи здатні вони бути живими, чи це просто всмерть замерзлі каменюки? А якщо здатні, які процеси можуть призводити до розігріву їх надр? Яка (біо?)хімія відбувається усередині цих планет?

Ще одними загадковими планетами є планети навколо пульсарів. Дивне утворення - пульсар - яке виникло з вибуху наднової, що перетворилася на пульсуючу зірку (таке-собі, космічне зомбі. "Труп" зірки, що продовжує жити) й обдає свого маленького супутника радіацією з інтервалом у кілька хвилин. Ці планети - так звані, вуглецеві планети. Вони утворюються з вуглецевого шару, який скидає зірка після її вибуху як наднової. Примітним є те, що на поверхні таких планет можуть бути цілі поля чи й гірські хребти з алмазів, а поверхня переважно складатиметься з карбідів кремнію та титану. Зараз точно наявність таких планет ще не підтверджено, але вже є кілька кандидатів у ці вуглецеві світи.

Дивними є також перехідні планети між планетами земної групи та гігантами. Ми абсолютно не уявляємо, що може відбуватися на і в таких планетах.

З рештою, є ще так звані коричневі карлики - щось середнє між зірками та планетами. Вони не настільки масивні, щоб там повноцінно запрацював зірковий термоядерний реактор, але у багатьох з них можуть запускатися процеси термоядерного синтезу. Тому, це малосвітні, але теплі об'єкти, які часто бувають супутниками зірок, але й можуть мати і своїх супутників.

Як знаходять планети навколо інших зірок?

Зараз розроблено кілька методів пошуку екзопланет. Історично першим являється транзитний метод. Це метод, за яким з високою точністю вимірюється яскравість зірки. Особливість планети полягає в тому, що сама вона ніколи не світиться, а значить, проходячи перед зіркою, вона її просто трохи затьмарює.

Схема знаходження планети
транзитним методом
По горизонтальній осі - час,
по вертикальній - світність зірки

Ведучи регулярні виміри зоряної величини й вимірюючи період і величину затьмарень, можна визначити період обертання та діаметр планети. А знаючи масу самої зірки, можна звідси дізнатися й масу планети. ​ 

Астрометричний метод. Як відомо, якщо планета обертається навколо зірки, то й зірка навколо планети - теж. Але, різниця у масах приводить до того, що планета описує навколо зірки величезне коло чи еліпс, а сама зірка ледь-ледь зміщується. Проте, такі зміщення можна зафіксувати, якщо регулярно фотографувати зірку на фоні інших, більш віддалених зірок (благо, у нашому Всесвіті вони завжди знайдуться). Таким чином, фіксуючи поперечну (до нас) компоненту зміщення та її період і комбінуючи спостереження з наступним методом - методом Доплера (який дозволяє визначити продольну компоненту зміщення зірки), можна отримати період обертання та масу планети.

Ілюстрація пошуку планет
астрометричним методом

Порівняння спектральних
ліній зірки у нормальному
стані та при червонму
зміщенні - коли
зірка від нас віддаляється

Метод Доплера. Тут трохи варто розказати про ефект, на якому заснований метод - ефект Доплера.

Уявіть собі, що ви йдете по вулиці вздовж дороги і повз вас, буквально "пролітає" на високій швидкості спортивний мотоцикл. Ви скриветеся від гучного звуку мотора й покрутите пальцем біля скроні, а він вам "скаже" і-і-і-і-і-і-й-й-в-в-у-у-у-у-у-у. Оце й буде ефект Доплера :) Коли мотоцикліст до вас наближується, його мотор казатиме вам високе пищаве "і-і-і...", а коли віддалятиметься - низьке "у-у-у...". При наближенні об'єкту до вас, звук від неї завжди здаватиметься вам вищим. А при віддаленні - нижчим. Але, ця штука працює не тільки для звуку, а й для світла. Тільки там воно при віддаленні "червонішає" (зміщується в бік довгих хвиль), а при наближенні - "фіолетовішає (зміщується в бік коротких). Вимірюючи з високою точністю спектр зірки можна вловити продольну (до нас-від нас) компоненту зміщення зірки, яка зміщується власною планетою з завидною регулярністю. В комбінації з попереднім методом можна отримати масу й період обертання планети.

Так знаходять планети з допомогою
методу мікролінзування

Як каже нам Закон Всесвітнього Тяжіння, навіть, яблуко має своє гравітаційне поле (а планета й поготів). А як каже нам Загальна Теорія Відносності, будь-яке гравітаційне поле викривлює шлях світлового променя, що потрапляє в таке поле. Якщо уявити, що позаду планети, яку ми хочемо знайти, світиться якась далека зірка, то проміння тієї зірки буде викривлюватися планетою, подібно тому, як воно заломлюється в лінзі. Якщо точніше, то викривлювати світло буде "материнська" планеті зірка. А сама планета вноситиме свій періодичний вклад у викривлення то з одного то з іншого боку. Спостерігаючи таку далеку зірку на "гравітаційному фоні" "материнської" (яка спотворює світло далекої) ми будемо бачити періодичну зміну оцієї спотвореної картинки. Яку потім, ретельно аналізують, щоб зрозуміти, чи це справді планета і, власне, параметри цієї планети. Такий ефект називають Гравітаційним мікролінзуванням.

І, нарешті, можна просто взяти і сфотографувати зірку. При чому, зробити це настільки точно й акуратно, щоб розділити світло зірки й світло планети. Це прямий метод спостереження екзопланет. Правда, він застосовний тільки на орбітальних телескопах і тільки для найближчих зірок.

Перше пряме фото планети
навколо іншої зірки

Чи можна знайти когось на інших планетах?

На тему позаземного життя можна написати не просто розділ, чи статтю, а таку товстелезну книжку. Але, все ж, можна спробувати почати з відповідей на деякі з питань, які зразу постають перед піонером у пошуках життя:

Чи існують світи, на яких могла б існувати подібна до нашої форма життя?

І так і ні. З одного боку, ми вже знайшли кілька планет земної групи, де, можливо, є океани і які могли б стати притулком для життя. З іншого боку, надто багато факторів співпало, щоб життя на Землі вийшло з зародкового стану - це й віддаль від нашої зірки, яка забезпечила нам існування рідкої води; й період обертання, який забезпечив відносно невеликі коливання температур; і не дуже сильні вітри, які з одного боку переносять теплі й холодні атмосферні шари, забезпечуючи відносно рівномірне прогрівання поверхні, з іншого боку не здувають все на своєму шляху; це й магнітне поле, яке захищає нас від космічної радіації; і баланс води/суходолу; і відсутність постійних метеоритних дощів; і Сонце, яке не має звички час від часу розгоратися (як змінні зірки) чи вибухати (як нові зорі) і ще багато факторів. Очевидно, що знайти планету з такими ж умовами буде дуже важкою задачею. З іншого боку, ми достеменно не знаємо, в яких умовах здатне розвиватися життя, значно складніше за бактерії чи тихоходки. Можливо, нам не варто прив'язуватись до наших умов і пошукати ще десь?

Чи може десь існувати життя, подібне до нашого, але за інших умов?

Оце вже цікавіше. Тут в меню у нас старі знайомі водні гіганти - крім води там точно знайдеться і вуглець і азот і кисень. Чи можна уявити собі планету з глобальним океаном без дна, населену водними істотами? Та запросто! А, якщо пофантазувати й уявити таку підводну цивілізацію, яка надумалася б вийти в космос, якими були б їх кораблі? Скоріш за все, органічними, бо ж на таких планетах метал у серйозному дефіциті. Кандидати номер два - це супутники планет-гігантів, про які вже казали. Вони можуть бути достатньо теплими, не залежно від того, як далеко від місцевої зірки знаходиться їх материнська планета. Нарешті, найекзотичніша можливість - планети з сильно витягнутими орбітами. Роблячи невеликий відступ, варто сказати, що існує, так звана, "зона життя". Це таке умовне "кільце" навколо зірки. Якщо планета знаходиться в середині такого кільця, там можливе існування рідкої води. Якщо поза межами - ні. Ззовні "кільця" надто холодно, всередині - надто жарко. Так от, планети з витягнутими орбітами можуть проходити ці "зони життя" двічі на свій місцевий рік. Під час цих коротких проходів, можливо, місцева природа оживає, а до й після - залягає у якусь глибоку сплячку.

Чи наша - водно-вуглецева - форма життя, єдино можлива?

Ще цікавіше питання. Відповідь на нього знову ж: "і так і ні". "Ні", тому, що ці елементи найпоширеніші у Всесвіті й імовірність утворення життя з іншою біохімією, ніж наша - вкрай мала. Тим не менш, існують версії про існування інших біохімій, як то аміачна (де кисень в органічних молекулах замінюється на аміногрупу =NH, сірка заміщується на азот, а замість води як розчинник іде аміак), кремнієва, фосфорна і, навіть, плазмова (як би екзотично це не звучало, але, можливо, не так уже й нереально. Наприклад, не так давно знайшли, що за певних умов у плазмі можуть утворюватися структури, які могли б бути аналогами нашої ДНК). Перша могла б існувати на супутниках планет-гігантів, що знаходяться достатньо далеко від своєї зірки (скажімо, після польоту космічних апаратів Касіні-Гюйгенс до Сатурна, з'явилася гіпотеза про аміачне життя на Титані з його аміачними морями). Та й на самих аміачних гігантах, теоретично, могли б жити істоти, які бродили б по їх метанових крижинах. Як бачимо, ми не маємо "лакмусового папірця", який би міг нам сказати: "ось на цій планеті є життя, а на тій - немає". Чи знайдемо ми цей папірець залежить від того, як швидко й точно відповімо ми на питання: "як часто у Всесвіті можна зустріти життя, схоже на наше?", "чи існує життя не схоже на наше?", "коли на планетах (і чи тільки на планетах) може утворюватися життя?".

"Залізяки"

2009-го року на орбіту був запущений спеціальний "ловець екзопланет", названий ім'ям видатного дослідника, розробника телескопів і відкривача законів руху планет, Йогана Кеплера. Це величезний телескоп, з діаметром головного дзеркала 1,3 метри має на своєму рахунку більшість відкритих екзопланет і це при тому, що результати його роботи будуть оброблятися ще не один рік (на жаль, телескоп уже припинив роботу - закінчилися запаси рідкого гелію, що охолоджував його оптику й електроніку - почали "шуміти" фотографічні матриці. Всі 42 штучки).

Разом з тим, у кінці 90-х був винайдений спосіб створювати так звану адаптивну оптику, яка дозволила частково "побороти" коливання атмосфери, завдяки яким зірки на знімках виглядають не точками, а невеликими плямками.

Тут зробимо невеликий відступ я трохи розкажу про проблему. Коли ми дивимося на зірки, вони можуть просто блищати, а можуть мерехтіти. При чому, чим ближче до обрію, тим більше вони мерехтять. Але, це для нашого ока. Телескопи ж, як правило, збільшують у кількасот чи й кількатисяч разів. І їм це мерехтіння, збільшене в ту саму кількість разів, у скільки збільшує телескоп, ну дууже сильно заважає. Чому ж вони мерехтять? Справа в тому, що світло має властивість змінювати напрямок свого руху, коли проходить якесь неоднорідне середовище (наприклад, ваші окуляри, якщо ви їх носите. Вони спеціальним чином змінюють хід променів, щоб скоригувати дефекти зору людини). При чому, промені кожного кольору ще й роблять це трохи по-різному.

робота лазера
адаптивної оптики

Так от, тмосфера - це зовсім неоднорідне середовище, яке, до того, ще й постійно коливається. Нагріті біля землі потоки повітря стають менш густими за решту і піднімаються вгору. Такі висхідні потоки змішуються вгорі з холодними й утворюють різні химерні завитушки перед тим, як остаточно перемішатися; знову ж, ніхто не відміняв вітри й водяну пару, вихлопні гази з наших труб тощо. Це все робить атмосферу дуже нестійкою. Це все приводить до того, що на великих збільшеннях телескопів зірки починають "танцювати" та розмиватися. І це не дозволяє просто так взяти й наростити збільшення до тисяч, десятків чи й сотень тисяч разів. Треба або виводити телескопа у космос, або щось робити з атмосферою. Так була придумана адаптивна оптика. Працює вона дуже цікавим чином: беруть добрячий жовтий лазер і "стріляють" ним в тому напрямку, куди будуть дивитися. На висоті біля 90-а кілометрів він збуджує атоми натрію (є в атмосфері такий шар, багатий натрієм), які починають світитися. Це така-собі, штучна зірка, місцеположення і яскравість якої точно відома. Вона буде опорною. Далі, аналізують, як спотворилося світло від цієї еталонної зірки і підлаштовують спеціальне гнучке дзеркало (яке вже працює з реальною зіркою) таким чином, щоб воно скомпенсувало ці спотворення. Виходить достатньо непогано.

Зображення подвійної зірки
без використання (зліва)
та з використанням
адаптивної оптики

Тим не менш, повістю компенсувати атмосферні впливи не виходить і найефективнішими в пошуках таких малесеньких штуковин, як позасонячні планети, все ж, є орбітальні телескопи. Саме тому, 2018 року готують до старту найбільший орбітальний телескоп за всю історію людства - "Джеймс Веб" з діаметром головного дзеркала 6 метрів. Однією з основних цілей цієї "залізяки" буде саме пошук екзопланет. А закинуть її аж у так звану точку Лагранжа L2. Це гравітаційно стабільна точка у системі Сонце-Земля, де тіло може перебувати нескінченно довго. Особливістю цієї точки є те, що телескоп у ній буде завжди знаходитись у тіні Землі. L2 зробить для нього персональну вічну ніч вічних спостережень. Це зробить інструмент справді ефективним у дослідженні Всесвіту.

Таким буде E-ELT
(малесенькі плямки внизу - автівки)

Разом з тим, на сьогодні існує кілька проектів надвеликих наземних телескопів, як то E-ELT (European Extra Large Telescope) з діаметром головного дзеркала цілих 39 метрів. В комбінації з передовою адаптивною оптикою вони зможуть знаходити планети значно далі, ніж ми можемо сьогодні.

Епілог

Давньогрецькі філософи порівнювали знання зі сферою, всередині якої знаходяться відомі нам речі, а ззовні - невідомі. Тоді, чим більший діаметр такої сфери, чим більше у нас знань, тим більша площа дотику з цим невідомим. Знахідки останніх часів дали відповіді на багато питань, та поставили ще більше. Тим не менш, ми, таки, дещо дізналися про екзопланети. Отже, наша Сонячна система по-своєму унікальна: у ній міститься цілих 8 урівноважених планет - це достатньо рідкісне явище. Ці планети крутяться по відносно кругових орбітах. Як показують спостереження, це не так уже й часто відбувається. Орбіти екзопланет часто бувають витягнуті. В зоні життя у нас знаходиться цілих 3 планети (Земля, Венера й Марс. Дві останні, правда, не мають умов життя через внутрішні причини). Сходу можна назвати тільки пару таких ж систем - Gliese 581 та TRAPPIST-1. Дізналися ми й про те, що планетне сімейство значно різноманітніше, ніж ми собі уявляли до епохи великих відкриттів екзопланет, а значить, й умови для утворення життя можуть бути такими, які ми донедавна вважали чистісінькою фантазією. І це все ми дізналися дослідивши тільки найближчі околиці нашого Сонця (і то, ще не всі). Тим не менш, лишилося багато питань, ба більше - виникла ціла купа нових, на які нам ще доведеться відповісти у майбутньому. Важко називати епілогом цей розділ, бо ж дослідження екзопланет людством є тільки прологом до майбутніх міжзоряних подорожей та дослідження й колонізації цих планет. Дивімося вгору, дивімося в майбутнє.