Skatoties debesīs skaidrā naktī, jūs varat būt pārliecināts par to, ko mūsu senči pat nenojauš: vismaz viena planēta griežas gandrīz katrā zvaigznē.
Pasaules citu zvaigžņu orbītos sauc par "eksoplanetām", un tās svārstās no milzu gāzes gigantiem, kas ir lielāki par Jupiteru, līdz mazām akmeņainām planētām, piemēram, Zeme vai Marss. Attālās planētas var būt pietiekami karstas, lai metāls izkustu uz to virsmas, vai arī kā ledainas sniega bumbas. Daudzi no viņiem tik ātri un cieši griežas ap savām zvaigznēm, ka viņu gads ilgst vairākas Zemes dienas. Dažiem var būt divas saules. Ir klejotāji, kas izraidīti no savām sistēmām, tādi, kas klīst tumsā pa galaktiku.
Piena ceļš ir milzīga zvaigžņu ģimene, kas aptver aptuveni 100 000 gaismas gadu. Tās spirālveida struktūrā ir aptuveni 400 miljardi iedzīvotāju, un mūsu Saule ir viņu vidū. Ja katras šīs zvaigznes orbītā ir nevis viena planēta, bet vairākas, tāpat kā Saules sistēmā, tad Piena Ceļa pasaulju skaits ir vienkārši astronomisks: skaits sasniedz triljonus.
Zvaigžņu sistēmas, kas dzīvo Piena ceļā. Kredīts: ESA / Habla / ESO / M. Kornmessers.
Jau vairākus gadsimtus cilvēce ir domājusi par planētu pastāvēšanas iespēju ap tālām zvaigznēm, un tagad mēs ar pārliecību sakām, ka ārpus saules pasaules pastāv. Mūsu tuvākajam kaimiņam Proxima Centauri nesen tika atklāta akmeņaina planēta, un tā, iespējams, nav viena. Attālums līdz tam ir aptuveni 4,5 gaismas gadi jeb 40 triljoni kilometru. Tomēr lielākā daļa atrasto eksoplanetu atrodas simtiem vai tūkstošiem gaismas gadu attālumā.
Sliktas ziņas: mums vēl nav iespējas pie tām nokļūt. Labā ziņa ir tā, ka mēs varam viņus apskatīt, novērtēt temperatūru, “sajust” atmosfēru un varbūt drīz atklāt dzīvības pazīmes, kas paslēptas vājā gaismā no šīm tālām pasaulēm.
Pirmā eksoplanēta, kas ieradās pasaules arēnā, bija 51 Pegasi b, 50 gaismas gadu attālumā esošs "karstais Jupiters", kas ap Zemi riņķo 4 Zemes dienās. Pagrieziena punkts, pēc kura ārpus saules planētas kļuva par ikdienu, notika 1995. gadā.
Karstā jupitera mākslinieciskais attēlojums. Kredīts: ESO.
Reklāmas video:
Pirms 51. gada Pegasi b bija vairāki kandidāti. Eksoplanēta, kas mūsdienās pazīstama kā Tadmors, tika atklāta 1988. gadā. Kaut arī tā esamība tika apšaubīta 1992. gadā nepietiekamu pierādījumu dēļ, pēc desmit gadiem papildu novērojumi apstiprināja, ka planēta riņķoja ap Gamma Cepheus A. Tad 1992. gadā tika atklāta "pulsāru planētu" sistēma. Šīs pasaules riņķo ap mirušu zvaigzni - pulsāru PSR 1257 + 12, kas atrodas 2300 gaismas gadu attālumā no Zemes.
Tagad mēs dzīvojam eksoplanētu visumā. To skaits pastāvīgi palielinās, un šobrīd apstiprināto planētu skaits ārpus Saules sistēmas ir šķērsojis 3700 robežu, taču nākamajā desmitgadē grafiks var pārlēkt līdz desmitiem tūkstošu.
Kā mēs pie tā nonācām?
Mēs esam uz lielu atklājumu robežas. Agrīnās izpētes laikmets un pirmās apstiprinātās eksoplanētas ir pamats nākamajam posmam: tālu pasaules meklēšanai ar "modrākiem" un sarežģītākiem teleskopiem kosmosā un uz zemes. Dažiem no viņiem uzdots veikt precīzu iedzīvotāju skaitīšanu, aprēķinot dažādus eksoplanētu lielumus un veidus. Citi pārbauda atsevišķas pasaules, to atmosfēru un viņu iespējas uzturēt dzīvi.
Tiešai eksoplanetu vizualizācijai, tas ir, to faktiskajiem attēliem, ir arvien nozīmīgāka loma, lai gan zinātnieki pašreizējo zināšanu līmeni ir sasnieguši galvenokārt ar netiešiem līdzekļiem. Divas galvenās metodes ir klibošana un aptumsums.
Animācija veidota no četru masīvu eksoplanētu attēliem, kas riņķo ap jauno zvaigzni HR 8799. Kredīts: Džeisons Vangs / Kristians Maroiss.
Pirmais ir balstīts uz noteiktu zvaigžņu svārstību fiksēšanu orbītas planētas gravitācijas ietekmē. Šīs novirzes raksturo eksoplanētas masu. Metode ļāva apstiprināt pirmos kandidātus, tostarp 51 Pegasi b, un kopumā, izmērot radiālo ātrumu, tika atklātas aptuveni 700 pasaules.
Bet lielāko daļu eksoplanetu atrod tranzīta metode, kuras pamatā ir neticami niecīga zvaigznes spožuma krituma notveršana, kad planēta šķērso savu disku. Šī meklēšanas stratēģija norāda objekta lielumu. NASA kosmosa teleskops Kepler, kas tika palaists 2009. gadā, šādā veidā ir atradis aptuveni 2700 apstiprinātu eksoplanētu. Viņš joprojām atklāj jaunas pasaules līdz šai dienai, taču diemžēl viņa medības drīz beigsies, jo degviela beigsies.
Katrai metodei ir savi plusi un mīnusi. Radiālā ātruma mērīšana parāda planētas masu, bet nesniedz informāciju par tās diametru. Tranzīts runā par ārpussaules pasaules lielumu, bet neļauj noteikt masu.
Bet, ja tiek izmantotas vairākas metodes kopā, mēs varam iegūt svarīgus datus par planētu sistēmu bez tiešas vizualizācijas. Labākais piemērs ir TRAPPIST-1, kas atrodas apmēram 40 gaismas gadu attālumā un kurā septiņi Zemes lieluma planētas riņķo ap mazu sarkanu punduri.
Planētas, kas riņķo ap īpaši vēsu sarkano punduri TRAPPIST-1, salīdzinot ar Zemi. Kredīts: ESO / M. Kornmessers.
TRAPPIST-1 ģimene ir pētīta ar zemes un kosmosa teleskopiem. Pētījumi ir parādījuši ne tikai septiņu blīvi iepakotu planētu diametrus, bet arī to smalko gravitācijas mijiedarbību savā starpā. Tagad mēs zinām to masas un diametrus, mēs varam novērtēt temperatūru uz virsmas un pat uzminēt debess krāsu uz katru no tiem. Kaut arī daudz par šīm septiņām planētām joprojām nav zināms, ieskaitot to, vai tās klāj okeāni vai ledus garoza, TRAPPIST-1 ir kļuvis par visvairāk pētīto zvaigžņu sistēmu bez mūsu pašu.
Ko tālāk?
Nākamais solis būs jaunas paaudzes kosmosa teleskopi. Pirmkārt, TESS, kuru paredzēts sākt 2018. gada 16. aprīlī. Šis vismodernākais instruments veiks gandrīz pilnīgu tuvējo spožo zvaigžņu apsekojumu, meklējot tranzīta planētas.
TESS atlasīs labākos kandidātus Džeimsa Veba kosmiskā teleskopa tuvākai pārbaudei, kas kosmosā nonāks 2020. gadā. Habla pēctecis ar savu milzīgo spoguli savāks gaismu tieši no pašām planētām, ko pēc tam var sadalīt spektrā - sava veida svītrkodā, kas parāda, kādas gāzes atrodas eksoplanētas atmosfērā. Teleskopa galvenie mērķi būs "superzemi".
"Mednieks" eksoplanētām TESS. Kredīts: NASA.
Mūsdienās ir maz zināms par šo ārpussaules pasaules klasi, ieskaitot to, vai tās ir apdzīvojamas. Iemesls tam ir superzemes analogu trūkums Saules sistēmā. Ja mums paveicas, viena no tām atmosfērā parādīs skābekļa, oglekļa dioksīda un metāna pazīmes. Tomēr Zemes lieluma planētu atmosfēras meklējumi būs jāatliek līdz nākamās paaudzes kosmosa teleskopiem 2030. gados.
Pateicoties Keplera teleskopam, mēs tagad zinām, ka zvaigznes virs mums ieskauj planētas. Un mēs varam būt pārliecināti ne tikai par milzīgu dažādību eksoplanētu kaimiņiem, bet arī par to, ka piedzīvojums tikai sākas.
Romāns Zaharovs