Большинство людей с детства помнят схему строения Солнечной системы. Все планеты чинно обращаются вокруг Солнца в одну сторону. Еще несколько дней назад все известные астрономам планеты вели себя так же. Однако теперь ученые знают целых две планеты, которые вращаются задом наперед. Что это за необычные небесные тела и почему их не могли обнаружить до сих пор?
В ясную ночь на небе можно увидеть огромное количество звезд. В среднем над обоими полушариями сияют около пяти тысяч этих небесных тел. Человек теоретически может одновременно увидеть 2,5 тысячи светил (а если учесть снижение прозрачности атмосферы вблизи горизонта, то получится 1,5-2 тысячи).
Телескопы увеличивают видимое число звезд в сотни тысяч и даже миллионы раз. С момента изобретения первого телескопа Галилео Галилеем чувствительность этих приборов достигла совершенно фантастических значений. Кроме того, они научились "видеть" Вселенную помимо оптического еще и в рентгеновском, инфракрасном, субмиллиметровом и других диапазонах. Современные телескопы позволяют не только разглядеть отдаленные звездные скопления, но также оценить расстояние до других галактик и химический состав входящих в них звезд.
Следующим шагом в развитии астрономии должно было стать обнаружение у других звезд собственных планет (их обозначают термином экзопланеты). Первое надежное доказательство их существования было получено в 1992 году, когда работавшие в США астрономы Александр Волщан (Aleksander Wolszczan) и Дэйл Фрейл (Dale Frail) обнаружили две экзопланеты, обращающиеся вокруг пульсара PSR 1257+12 (находится на расстоянии 980 световых лет от Земли). К настоящему моменту за пределами Солнечной системы было найдено более 300 экзопланет.
Для поиска внесолнечных планет используется несколько методов, однако ни один из них не позволяет получить таких красивых картинок, какими обычно иллюстрируют сообщения об открытии новых экзопланет. Существующие технологии пока не позволяют непосредственно наблюдать другие планеты (хотя совсем недавно ученым удалось сфотографировать сразу две экзопланеты). Вывод о наличии у звезды планет исследователи делают на основании данных об изменении яркости светила или отклонении его траектории от теоретически предсказанной, вызываемых движением планеты. Подробнее методики поиска экзопланет описаны здесь.
Постепенно средства сбора информации и ее анализа совершенствуются, и исследователи извлекают из данных наблюдений все новую информацию. В частности, они научились определять направление обращения планет вокруг своих звезд. До недавнего времени все найденные планеты обращались так же, как и планеты в Солнечной системе - сонаправленно с вращением звезды-"хозяина" вокруг своей оси. Но на днях появились сообщения сразу о двух исключениях из этого правила.
Статья с описанием первой "своенравной" планеты появилась в архиве электронных препринтов Корнельского университета 11 августа. Внимание ученых привлекло небесное тело под названием WASP-17b. "Хозяином" этой экзопланеты является звезда WASP-17, удаленная от Земли на расстояние около тысячи световых лет. Имеющиеся астрономические данные свидетельствовали, что WASP-17b - не совсем обычная экзопланета. При массе, равной 1,5 массам Сатурна, ее радиус почти вдвое больше юпитерианского. Эти цифры означают, что WASP-17b больше самой крупной из известных экзопланет, а ее плотность при этом сравнима с плотностью пенопласта.
WASP-17b была обнаружена при помощи транзитного метода. Планета, проходящая по диску звезды, закрывает от наблюдателей часть ее излучения. Оценивая колебания яркости светила, астрономы вычисляют период обращения и размеры планеты. Детальный анализ изменения яркости показал, что с планетой что-то не так. Звезда WASP-17 вращается вокруг своей оси. Соответственно, половина видимой части звезды приближается к наблюдателям, а половина отдаляется от них. Когда планета вращается сонаправленно со звездой, то при проходе по диску она сначала закрывает свет от приближающейся части, а затем блокирует часть излучения удаляющейся. В случае WASP-17b все было наоборот. Соответственно, ученые заключили, что планета движется навстречу вращению звезды.
Вторая нарушительница правил небесного движения была найдена у звезды HAT-P-7, также удаленной от Земли приблизительно на тысячу световых лет. Ученые заметили возле звезды планету HAT-P-7b еще в 2008 году. Как и WASP-17b, планета отличается внушительными размерами. Масса планеты составляет 1,8 юпитерианских, а ее диаметр в 1,4 раза больше диаметра пятой планеты Солнечной системы.
О "неправильном" движении HAT-P-7b сообщили сразу две группы исследователей. Их работы приняты к публикации в научные журналы и доступны в архиве электронных препринтов (ссылки здесь и здесь). Оба научных коллектива использовали данные, собранные японским телескопом Subaru. Ученые разрабатывали модели возможных способов поведения звезды и планеты, которые позволили бы объяснить данные наблюдений.
Первая группа ученых под руководством Джошуа Винна (Joshua Winn) из Массачусетского технологического института заключила, что траектория HAT-P-7b пролегает в экваториальной плоскости звезды, и планета двигается навстречу вращению звезды. Второй вариант, предложенный Винном и коллегами, предполагает, что планета движется вокруг звезды по полярной орбите, то есть, ее орбита наклонена на 90 градусов по отношению к экватору.
Коллектив, работающий под началом Норио Нариты (Norio Narita) из японской национальной астрономической обсерватории, пришел к иным выводам. Согласно расчетам ученых, угол наклона орбиты HAT-P-7b к плоскости экватора составляет 227 градусов. Таким образом, группа Нариты также заключила, что планета движется задом наперед.
Расхождение в результатах исследователей может объясняться использованием разных моделей. Кроме того, две группы ученых могли взять за основу своих работ разные массивы данных. Вероятно, в обозримом будущем стоит ожидать уточнения результатов.
У читателя может возникнуть вопрос, почему некоторые экзопланеты обращаются в обратную сторону? И почему вообще планеты и звезды должны крутиться в одном направлении? Единообразие движения определяется способом их образования. Согласно современным представлениям, звезды и планеты образуются из единого газопылевого облака. Гравитация заставляет содержимое облака конденсироваться, в первую очередь с
образованием звезд. Возмущения в коллапсирующем облаке приводят к вращению новорожденной звезды вокруг своей оси. Планеты формируются из "остатков" все еще вращающегося облака. Соответственно, направление вращения всей системы будет единым.
Существование планет, движущихся не по правилам, можно объяснить несколькими причинами. Сбить планету "с пути истинного" может, например, другая планета с еще не установившейся орбитой. Столкновение двух небесных тел развернет планету в обратном направлении. Другая гипотеза утверждает, что планету тянет в другую сторону гравитация не найденной пока звезды.
Еще один вариант предполагает, что система начинает вести себя неправильно без участия третьего объекта. Теоретически, одна или даже несколько планет могут обращаться в противоположную по отношению к вращению звезды сторону в том случае, если они изначально "принадлежали" другой звезде. Такая ситуация возникнет, если столкнутся две еще не сформировавшиеся звезды, каждая со своим протопланетным диском. Образовавшаяся "суперзвезда" станет обладательницей сразу двух пулов планет, причем оба они продолжат движение в исходном направлении. Именно такая ситуация сложилась на расстоянии 500 световых лет от Земли в направлении созвездия Змееносца. Пока внутри протопланетных дисков еще не оформились отдельные объекты, но через несколько миллионов лет астрономы вполне смогут обнаружить третий случай неправильного вращения планет.
На данный момент ни одно из этих объяснений не подходит к обнаруженным "неправильным" экзопланетам. Астрономы не наблюдают рядом с HAT-P-7b и WASP-17b "посторонних" планет или звезд. Для принятия третьей версии у ученых пока не хватает фактических данных. Возможно, объяснить загадку "планет наоборот" поможет орбитальный телескоп "Кеплер". Этот самый большой из существующих инфракрасный телескоп предназначен специально для поиска экзопланет.
По крайней мере, "Кеплер" поможет определить, под каким углом наклонена HAT-P-7b к экватору своей звезды. Если "Кеплер" разглядит, как движутся по поверхности звезды пятна, то астрономы смогут определить, как она повернута по отношению к Земле. После этого уточнить наклон орбиты уже не составит труда. Пока придется довольствоваться хотя бы этим.