Наука о чужих. Жизнь и разум во Вселенной
Окончание. Начало см. «Наука и жизнь» №№ 1—11, 2023 г.
Веками учёные настойчиво искали «космическое чудо» — явные признаки существования инопланетян во Вселенной. По мере расширения наших знаний о том, как она устроена, приходило понимание, что найти братьев по разуму будет непросто — они до сих пор остаются вне видимости наших телескопов, хотя те стали намного совершеннее. В предыдущих очерках мы проследили путь научной мысли — от наивных озарений философов до современных гипотез о распространении жизни в Галактике. Он был долгим, но только сейчас человечество приблизилось к моменту истины в вопросе множественности обитаемых миров, потому что наконец-то учёные сумели разглядеть невидимое — планеты у соседних звёзд. Завершая наш рассказ, поговорим о том, что даёт это революционное открытие науке о чужих.
XII. Космическое чудо
Невидимые спутники
Несмотря на то, что обычные телескопы долгое время не позволяли увидеть планеты у соседних звёзд, регулярно появлялись сообщения о том, что кому-то из наблюдателей удалось выявить присутствие «невидимого спутника» у того или иного светила. Например, в декабре 1844 года известный немецкий астроном Фридрих Бессель обратил внимание коллег на то, что движение Сириуса и Проциона по небу происходит не прямолинейно, как у других звёзд, а по «волнистой» траектории. Он правильно объяснил причину периодических отклонений от прямолинейного движения наличием у этих звёзд массивных спутников, которые своей гравитацией влияют на «материнские» светила. Действительно, когда спустя годы на Сириус и Процион направили большие телескопы, гипотеза Бесселя получила наглядное подтверждение. Оказалось, массы обнаруженных спутников сопоставимы с солнечной, но из-за слабой светимости их радиусы значительно меньше. Следовательно, плотность вещества там в десятки тысяч раз больше — такие объекты сегодня называют белыми карликами.
В октябре 1897 года американский астроном Томас Си опубликовал необычную статью под названием «Недавние открытия, касающиеся происхождения Вселенной» (Recent Discoveries Respecting the Origin of the Universe). Он утверждал, что ему удалось обнаружить несколько странных тел поблизости от соседних звёзд: «Наши наблюдения в течение 1896—97 годов выявили звёзды более сложные, чем те, которые астрономы видели раньше. Среди этих непонятных объектов около полудюжины кажутся тёмными, почти чёрного цвета, и, по-видимому, светятся тусклым отражённым светом...». Кроме того, в движении компонента двойной звезды 70 Змееносца (70 Ophiuchi) наблюдается аномалия, что может говорить о присутствии в системе невидимой планеты. При этом, однако, Си утверждал, что его открытия доказывают уникальность Земли, ведь «ни одна видимая система... не имеет ничего общего с упорядоченной и прекрасной системой, в которой мы живём». Конечно, заявление Си вызвало критику. Популяризатор астрономии Гаррет Сервисс признал открытие (хотя и считал, что Си удалось заметить не планеты, а погасшие светила), но отверг «геоцентрические» взгляды, утверждая, что одиночных звёзд в нашем окружении гораздо больше, чем двойных, и они вполне могут обладать системами, состоящими из небольших землеподобных миров, которые при всём желании невозможно разглядеть в телескоп.
Следом астроном Форест Молтон показал с помощью расчёта, что при тех характеристиках орбиты, которые представил коллега, гипотетическая планета периодически переходила бы от одной звезды системы 70 Змееносца к другой и в какой-то момент была бы притянута большей звездой, сгорев в её фотосфере. В итоге первое открытие экзопланеты (то есть планеты вне Солнечной системы) было отклонено, и исследователи до сих пор не подтвердили присутствие поблизости от 70 Змееносца какого-либо невидимого массивного тела.
В 1905 году английский геолог Томас Чемберлин и упомянутый Форест Молтон взялись опровергнуть общепринятую в то время небулярную теорию происхождения Солнечной системы, согласно которой все её твёрдые тела образовались из вращающейся газопылевой туманности. Они утверждали, что в действительности проходившая мимо звезда вызвала крупные извержения на Солнце, в результате чего его вещество оказалось на гелиоцентрических орбитах. Когда оно остыло, то сконденсировалось в планеты и множество мелких тел (планетезималей). Новая гипотеза выглядела очень убедительной, и научное сообщество её приняло. Однако если Чемберлин и Молтон правы, то в Галактике мало планет, потому что при тесном сближении звёзд они скорее столкнутся друг другом, чем породят извержения.
Пока гипотеза планетезималей оставалась популярной, учёные не занимались активными поисками экзопланет. Только в 1930-е годы усилиями таких астрономов, как Фридрих Нёлке, Генри Рассел и Лайман Спитцер, она была пересмотрена, а небулярная теория возродилась в обновлённом виде.
Конечно, увидеть через телескоп экзопланеты всё ещё было невозможно, но специалисты обоснованно полагали, что если в движении звезды удастся найти аномалии, то можно с большой уверенностью говорить о существовании у неё невидимых спутников определённой массы. Например, наблюдения за двойной звездой 61 Лебедя (61 Cygni) показали, что расстояние между видимыми компонентами регулярно меняется, причём период изменения оказался во много раз меньше периода их обращения вокруг общего центра масс продолжительностью 700 лет. В 1943 году астроном Кай Стрэнд опубликовал статью «61 Лебедя как тройная система» (61 Cygni as a Triple System), где, опираясь на расчёты, утверждал, что там присутствует невидимый спутник массой 0,016 от солнечной и периодом обращения 4,9 года. Позднее его вывод подтвердили коллеги, которые установили, что спутник гравитационно связан с более яркой компонентой 61 Cygni A.
Общественность решила, что впервые доказано существование экзопланеты, и 61 Лебедя стали часто упоминать в фантастических произведениях. Скажем, известный писатель Хол Клемент представил своё видение массивного мира под названием Месклин (Mesklin) в романе «Экспедиция “Тяготение”» (Mission of Gravity, 1953). Однако многочисленные попытки найти означенную экзопланету и уточнить её характеристики успехом не увенчались.
Ещё больший резонанс вызвало открытие, сделанное нидерландско-американским астрономом Питером ван де Кампом. Проанализировав информацию, собранную за двадцать пять лет наблюдений звезды Барнарда (Barnard’s Star), он в 1963 году заявил, что у этого красного карлика, находящегося от нас на расстоянии 5,96 светового года в созвездии Змееносца, есть планета в 1,6 раза тяжелее Юпитера, с периодом обращения 24 года. В дальнейшем учёный опубликовал серию работ, уточняющих результаты расчётов: он предположил, что вокруг звезды Барнарда обращаются две планеты. В 1982 году ван де Камп представил ещё одну статью, учитывающую астрометрические данные с 1938 по 1981 год. Массы этих планет он определил в 0,7 и 0,5 от юпитерианской, а периоды — в 12 и 20 лет соответственно.
Об открытии нидерландца писали как о крупном достижении эпохи. Однако астрономы, решившие проверить его, внезапно обнаружили, что телескоп обсерватории Спроула, принадлежащей Суортмор-колледжу (штат Пенсильвания, США), с помощью которого проводились наблюдения звезды, вероятно, имеет дефект, приводящий к искажению изображений, которое можно принять за колебания в собственном движении изучаемого объекта. Попытки выявить такие же колебания звезды Барнарда с помощью других телескопов завершились безрезультатно, и выводы ван де Кампа были отклонены. Сегодня существование экзопланет поблизости от неё по-прежнему остаётся гипотезой.
Парад планет
Впрочем, открытие первой экзопланеты было вопросом времени. Методы наблюдения звёзд совершенствовались, и в 1991 году польский радиоастроном Александр Вольщан, изучая открытый им пульсар PSR B1257+12, обнаружил периодическое изменение частоты прихода импульсов. Канадец Дейл Фрейл проверил наблюдения на другом радиотелескопе, и вскоре они опубликовали статью о результатах исследований, в которой обнаруженные периодические изменения частоты объяснялись влиянием двух экзопланет с массами в четыре раза больше земной. Позднее, после подтверждения открытия, планеты получили названия Полтергейст (Poltergeist) и Фобетор (Phobetor). Учёные знали, что пульсар появился вследствие взрыва сверхновой и все миры поблизости от неё должны были разрушиться. Поэтому было выдвинуто предположение, что до взрыва в системе находилась ещё одна звезда, из остатков вещества которой и образовались твёрдые тела. Таким образом, возникновение планетной системы PSR 1257+12 — не типичное, а чрезвычайно редкое событие, что подтвердили дальнейшие исследования.
Слава первооткрывателей «настоящей» экзопланеты досталась астрономам Мишелю Майору и Дидье Кело из Женевского университета, которые в своих поисках использовали измерения доплеровских отклонений в лучевой скорости звезды. Когда звезда приближается к нам, её спектр смещается в синюю область, а когда удаляется — в красную. Если повысить приборную точность, то станут заметны смещения, связанные не только с движением звезды относительно Земли, но и с её движением вокруг общего центра масс собственной планетной системы. Швейцарцы работали с телескопом обсерватории Верхнего Прованса на юге Франции, где провели двенадцать измерений лучевой скорости солнцеподобной звезды 51 Пегаса (51 Pegasi, Helvetios), которая находится в 50,6 светового года от нас. Изменения в спектре указывали на наличие у звезды спутника, но попытки рассчитать его физические характеристики приводили к абсурдному выводу. Предполагаемое небесное тело было гигантом (примерно в 150 раз тяжелее Земли), но такие планеты в нашей системе находятся на дальних орбитах, а это намного ближе к своей звезде, чем Меркурий — к нашему Солнцу: год там продолжается всего четверо земных суток. Существование подобного объекта перечёркивало устоявшиеся представления астрофизиков о том, как формируется планетное окружение у звёзд. Майор решил перепроверить результаты в новой серии наблюдений. Всё подтвердилось, и в ноябре 1995 года учёные известили мир о планете, получившей затем название Димидий (Dimidium).