Як учені шукають планети, які надто слабкі, щоб їх побачити безпосередньо

Які технології дозволяють виявляти планети за межами Сонячної системи?

Пошук планет за межами нашої системи став одним із найактивніших напрямів сучасної науки. Від моменту появи першого телескопа Галілея до відкриття першої справжньої екзопланети минуло 383 роки. Така тривала затримка пояснюється складністю завдання: планети занадто тьмяні та розташовані критично близько до своїх зірок, тому світло повністю затьмарює слабкі відблиски від планетних поверхонь, пише 24 Канал.

Доплерівське коливання

Першим успішним методом виявлення став метод радіальної швидкості, який часто називають "доплерівським коливанням". Він базується на фізичному законі, згідно з яким гравітаційна взаємодія між зіркою та планетою є взаємною. Вони обоє обертаються навколо спільного центру мас, відомого як барицентр.

Наприклад, барицентр системи Сонце – Юпітер знаходиться на відстані майже 50 000 кілометрів за межами поверхні Сонця. Хоча ми не можемо побачити рух зірки з боку в бік, сучасне обладнання дозволяє надзвичайно точно фіксувати її рух до нас або від нас. Коли планета тягне зірку від спостерігача, світло зірки зміщується в червону частину спектра, а коли до нас – у синю. Це дозволяє визначити період обертання планети та її приблизну масу.

Проте цей метод є дуже тривалим, оскільки потребує спостережень протягом багатьох років, а дані часто містять багато шумів. Крім того, у подвійних зоряних системах, таких як Альфа Центавра, гравітаційний вплив зірок одна на одну настільки складний, що виокремити сигнал планети стає майже неможливо.

Транзитний метод

Найпродуктивнішим на сьогодні є транзитний метод, розповідає IFLScience. Він полягає у фіксації незначного зменшення яскравості зірки в момент, коли планета проходить прямо між нею та Землею. Космічні телескопи Кеплер та TESS дослідили сотні тисяч зірок цим способом.

Важливою особливістю є те, що людське око часто краще розпізнає такі падіння яскравості на графіках, ніж штучний інтелект, тому до аналізу даних залучають тисячі волонтерів.

Транзитний метод дозволяє не лише визначити розмір планети, а й вивчати склад її атмосфери. Коли світло зірки проходить крізь атмосферні шари, різні гази поглинають певні довжини хвиль, що створює унікальний спектральний відбиток. Саме так вчені намагаються знайти біосигнатури – молекули, що можуть свідчити про наявність життя, хоча подібні заяви, як у випадку з планетою K2-18b, часто викликають наукові дискусії.

Головним недоліком методу є те, що багато планет мають такі орбіти, які ніколи не приводять їх на пряму лінію між нами та їхньою зіркою.

Гравітаційне лінзування

Ще одним рідкісним, але дієвим способом є гравітаційне лінзування. Велика гравітація зорів, що проходить на тлі іншої, більш віддаленої зірки, викривлює та підсилює її світло. Якщо навколо ближчої зірки обертається планета, вона створює додатковий сплеск яскравості – мікролінзування. Це дає змогу дізнатися масу планети, проте такі події трапляються вкрай рідко, і підтвердити відкриття буває неможливо протягом десятиліть.

Так виглядає гравітаційне лінзування, коли траєкторія світла викривлюється гравітацією / Фото ESA/Hubble & NASA

Пряме спостереження

Пряме спостереження, хоч і звучить найпростіше, зараз доступне лише для дуже специфічних об'єктів. Астрономи можуть сфотографувати планети, які є дуже молодими та гарячими, через що вони випромінюють власну енергію, особливо в інфрачервоному діапазоні.

Це здебільшого стосується гігантів, що знаходяться на великій відстані від своїх зірок. Завдяки таким знімкам вченим навіть вдалося створити короткі відео, що демонструють рух далеких світів по їхніх орбітах.