Космический телескоп «Кеплер», запущенный НАСА в марте 2009 года, к настоящему времени открыл более трех тысяч кандидатов в экзопланеты — так называют далекие планеты, вращающиеся не вокруг нашего Солнца, а вокруг других звезд. Исследования «Кеплера» показали, что планеты не так уж и редки в нашей Галактике: одна или несколько могут вращаться вокруг звезды, или даже двойной звезды. Деятельность космического телескопа привела и к некотором другим удивительным открытиям и выводам.
По мнению ученых, около 100 из открытых "Кеплером" экзопланет могут быть пригодными для жизни. Эти планеты, как правило, находятся, подобно Земле, на расстоянии около одной астрономической единицы от своего светила. К сожалению, ввиду поломки в системе гиростабилизации, в 2013 году точность наблюдений снизилась, и, вероятно, миссия «Кеплер» скоро завершит свою работу, поэтому уже сейчас ученые начинают подводить ее промежуточные итоги.
Космический аппарат получил свое название в честь немецкого математика и физика конца XVI — начала XVII веков Иоганна Кеплера. Ученый открыл эмпирические законы движения планет в Солнечной системе, а своем знаменитом исследовании «Новая стереометрия винных бочек» предложил способ подсчета объемов тел вращения. Результаты его работ послужили основой для создания закона всемирного тяготения и математического анализа.
Наблюдения «Кеплера» увеличили число экзопланет почти на 400 процентов. 86 процентов открытых им планет имеют радиусы меньшие, чем у Нептуна, тогда как другими методами открыто 87 процентов планет тяжелее Нептуна. Получается, что космический телескоп, по сравнению с другими, позволяет открывать более легкие и малые планеты.
С 2009 по 2013 год «Кеплер» отслеживал планеты в созвездиях Лебедя и Лиры, собирая фотометрические данные от более чем 190 тысяч звезд. Радиус планет определялся методом транзитной фотометрии, а их масса — с помощью эффекта Доплера.
Сущность транзитного метода заключается в изменении яркости звезды, фиксируемой сторонним наблюдателем при прохождении на ее фоне планеты, которая собой загораживает наблюдателю часть излучения от своего светила. Зная фотометрические характеристики светила до момента прохождения планеты между ней и наблюдателем и после, можно по их отличию оценить размеры планеты.
Эффект Доплера возникает вследствие смещения спектральных линий звезды в результате ее раскачивания гравитационным полем планеты-спутника, что позволяет определить массы тяжелых планет (в несколько раз тяжелее Земли), которые находятся близко к звезде-хозяину. Это самый распространенный метод обнаружения экзопланет.
Кроме использования транзитного метода и эффекта Доплера самые интересные данные с «Кеплера» ученые уточняют при помощи других космических и наземных обсерваторий. Большинство научных открытий, связанных с экзопланетами, происходит в результате комбинации материалов наблюдений с разных телескопов.
«Закат» на суперземле Gliese 667 — каменистой планете около красного карлика; ученые считают, что в Млечном Пути таких экзопланет насчитывается десятки миллиардов
Изображение: ESO
Используя эту технику, ученые недавно провели самое точное измерение радиуса экзопланеты. Этот космический объект, диаметр которого превышает земной, но меньше, чем у Нептуна и Урана, называется также метаземлей. Он получил номенклатурное обозначение Kepler-93b и находится на расстоянии около 300 световых лет от Солнечной системы. Планета имеет радиус, в 1,481 раза превышающий земной, а неопределенность в измерении данной величины составляет примерно 120 километров. Масса метаземли почти в четыре раза больше массы нашей планеты, а расстояние до своего светила — более чем в 11 раз меньше, чем между Землей и Солнцем. Это приводит к высоким температурам на планете (около 760 градусов Цельсия) и короткому (меньше пяти суток) периоду обращения Kepler-93b вокруг своей звезды — Kepler-93.
Другой интересный объект, открытый учеными с помощью «Кеплера», — это планета Kepler-10с, находящаяся на расстоянии 560 световых лет от Солнца в созвездии Дракона. Период обращения Kepler-10с вокруг звезды-хозяина Kepler-10 равен 45 земным суткам. Это одна из самых старых и твердых планет, когда-либо обнаруженных астрофизиками: ее возраст оценивается в 11 миллиардов лет, и она в 17 раз тяжелее Земли, хотя ее диаметр больше земного только в 2,3 раза. Исследователи полагают, что на планете возможно наличие плотной атмосферы. Открытие привело ученых к выводу, что твердые экзопланеты могли образовываться еще в ранней Вселенной, хотя прежде астрофизики в этом сомневались.
Распределение экзопланет по их количеству у звезды в зависимости от радиусов планет (в долях от радиуса Земли) и их периода обращения вокруг своего светила (в земных сутках)
Изображение: PNAS
Примерно каждая шестая звезда в Млечном пути имеет суперземлю. Анализируя статистику о массах, радиусах и расстояниях до звезд — хозяев экзопланет, ученые пришли к выводу: данные «Кеплера» предполагают, что на уровне достоверности 95 процентов потенциально обитаемая планета может находиться уже в пределах пяти парсек. Для сравнения, ближайшая к Солнцу звезда — красный карлик Проксима Центавра — находится на расстоянии 1,3 парсека от нас.
Телескоп «Кеплер» изменил представление ученых о других, возможно обитаемых, планетах — экзопланетах. Аналоги «Кеплера», например европейский COROT (COnvection ROtation and planetary Transits), значительно слабее аппарата НАСА. Так, COROT, запущенный в 2006 году, открыл менее 30 экзопланет. На сегодняшний момент целью ученых является обработка результатов наблюдений «Кеплера» и сведение их в единый каталог, а также подготовка к будущим миссиям по обнаружению и исследованию новых экзопланет, в том числе и потенциально пригодных для жизни.