Фабрика планет

21.05.2020

Европейская Южная Обсерватория (European Southern Observatory, ESO) сообщает о том, что учёные получили, возможно, первые прямые свидетельства появления новорождённой планеты.



Планеты формируются, когда в пылевых дисках, окружающих молодые звёзды, конденсируются холодный газ и пыль. До сих пор астрономам не удавалось получить изображения очень молодых протопланетных дисков, чёткость и глубина которых позволяли бы зарегистрировать специфичный "изгиб", отмечающий место возможного образования новой планеты...

Красиво! Похоже на бутон розы!

О чем эта книга? О выдающемся астрономическом открытии последних тридцати лет – экзопланетах.

Экзоплане́та  — планета, находящаяся вне Солнечной системы. Долгое время обнаружить планеты возле других звёзд было невозможно, так как размеры планет чрезвычайно малы по сравнению со звёздами, а сами звёзды находятся далеко от Солнца.  К тому же планеты не являются источником света, в отличии от звезд.

Сейчас экзопланеты стали открывать благодаря усовершенствованным научным методам. По состоянию на 26 марта 2022 года достоверно подтверждено существование 4979 экзопланет в 3669 планетных системах, из которых в 814 имеется более одной планеты...

Элизабет Таскер родилась в 1980 году в Великобритании. Теоретическую физику изучала в Даремском университете, а в Оксфордском защитила диссертацию по астрофизике. Затем занималась компьютерным моделированием галактик в университетах США и Канады.

В 2011 году переехала в Японию. Работает в Японском агентстве аэрокосмических исследований (JAXA).

Часто выступает с публичными лекциями и пишет для различных изданий в основном об экзопланетах и космических миссиях.

Теория образования планет существовала ещё и до открытия экзопланет. Она базировалась на знаниях полученных из наблюдений за Солнечной системой.

51 Пегаса b - газовый гигант. Согласно имеющимся на то время представлениям, он не мог так близко располагаться к своей звезде. Дальше больше. Выяснилось, что 51 Пегаса b не является аномалией и вскоре было обнаружено ещё несколько планет со сходными характеристиками. Теория пошатнулась.

Ученым пришлось искать объяснение как могут существовать горячие Юпитеры (мини-Нептуны, суперземли, планеты с промежуточными плотностями на промежуточных орбитах и т. д.) вокруг остатков Сверхновых (двойных/кратных звёзд, пульсаров...)

Автор рассказывает о методах обнаружения экзопланет и их типах, подробно разбирает современные представления об их возникновении, описывает эволюции планетных систем,  переходя к моделированию возможных условий на них, в том числе в контексте поиска жизни. При этом Таскер честно рассказывает читателю об ограниченности наших сегодняшних знаний. Концепции постоянно пересматриваются и уточняются, поэтому сама автор пишет, что её книга не является идеальной, и возможно, что-то из изложенного будет отвергнуто через какое-то время.

В книге проскальзывает очень интересная мысль. Согласно имеющимся знаниям и наблюдениям Солнечная система является не типичным представителем планетарных систем.

Сегодня знаменательный день. 12 апреля 1961 Юрий Гагарин впервые (хотя сейчас есть куча альтернативных версий) посмотрел на нашу планету "сверху".

Первого советского космонавта автор не упомянула. Поэтому приведу другую цитату.

Проблемы устройства Космоса, Вселенной и вообще всего Мироздания интересовали меня с самых ранних времён, т. е. сколько себя помню. Понятно, что всё это с поправкой на возраст, но уже в самом раннем детстве отец, некоторое время служивший в подразделении военных топографов и немного покочевавший по просторам нашей необъятной Родины, довольно много рассказывал мне о космосе и о звёздах. Конечно, в середине 60-х это были совсем другие знания, нежели теперь, но всё-таки с основными созвездиями земного небосклона познакомил меня именно отец. И интерес ко всему вот этому подкрепил своими рассказами именно он.

Дальше Космос

А дальше пошло-поехало: что-то узнавалось из книжек и учебников, весьма много дало чтение научной фантастики, потом пошли в ход уже книжки научно-популярные — и тут тяжеловесами были Б.А. Воронцов-Вельяминов и И.С. Шкловский — «Очерки о Вселенной», «Вселенная, Жизнь, Разум» и «Звёзды: их рождение, жизнь и смерть» не только были прочитаны по нескольку раз, но и до сих пор занимают место в домашней библиотеке. Понятно, что были и другие авторы, как вполне известные и даже знаменитые (Ф. Зигель, С. Хокинг, К. Саган…), так и менее популярные, но от этого не менее интересные — мирозданческий кругозор пополнялся новой информацией и расширялся, хотя вряд ли сильно углублялся.

И во все предыдущие времена, конечно, более всего интересовал вопрос о наличии во Вселенной «братьев по разуму» и поисков жизни в Космосе. И вспомогательной темой, конечно же, был вопрос о существовании планет, обращающихся вокруг других звёзд Галактики — вряд ли жизнь может возникнуть в других космических местах — в пылевых или газовых туманностях, на самих звёздах. И хотя основные методы обнаружения планет у других солнц были авторами в книгах и научных трудах описаны, однако всё сводилось к недостаточной чувствительности научных приборов и аппаратуры — на том уровне разрешений доказательно открыть планеты у других звёзд было невозможно.

И вот теперь мы подобрались к этой книге. Основным содержанием которой стали события последних двух десятилетий. Потому что произошёл качественный скачок в чувствительности и надёжности разных приборов и инструментов, с помощью которых наблюдается небо и его объекты, что позволило учёным получить большой массив довольно точной информации о существовании планет в других звёздных системах. Информации проверенной и перепроверенной, уточнённой разными методами и просчитанной с помощью современной вычислительной и компьютерной техники.

Содержание книги представляет собой переработанный и дополненный рассуждениями автора компилят из вполне научных статей, опубликованных в разных научных изданиях. Т.е. по каждому отдельному вопросу, по каждой отдельной главе содержания имеется отсылка на вполне конкретного учёного и на ту или иную его научную работу и статью — список этой литературы приводится в конце книги.

По мере открытия новых и новых планет у разных звёзд учёные всё точнее и надёжнее представляют себе весь механизм возникновения планет у звёзд разного типа и класса, а также всю вероятную эволюцию планетной системы. Где, как, из чего образуются экзопланеты и протопланеты, откуда берётся вещество для их образования, как и куда передвигаются планетезимали (зародыши планет) в пределах своей звёздной системы, как формируются их орбиты и какими могут быть эти новенькие планеты по своему составу — земного типа (каменистые миры) или газовые гиганты типа нашего Юпитера и других трёх планет, а то и вовсе планеты-«снежки». Какие условия могут быть на поверхности этих миров — температура, давление, химический состав атмосферы (если она вообще там есть), наличие ядра и магнитного поля — в общем, всё, что представляет интерес для ответа на главный вопрос — а есть ли там жизнь?

Однако помимо вот этого интереса книга заставляет подумать ещё и о том, что раз планеты вовсю курсируют в пределах своей планетарно-звёздной системы, а то и вовсе могут быть «выброшены» за её пределы законами космической механики, то значит и нынешнее кажущееся стабильным и прочным состояние нашей собственной маленькой звёздной Родины — Солнечной системы — вовсе не является раз и навсегда устоявшимся, и что дальнейшие эволюции планет не только возможны, но и неизбежны. Так что рано или поздно, но человечеству придётся решать вопрос о том, где жить… Тем более, что и Солнце тоже стареет и выгорает изнутри, а значит рано или поздно станет красным гигантом. В общем, будет весело, ребята!

Ну, и пара слов о литературной форме — книга написана очень по американски, со всеми присущими американским авторам нон-фикшена прибамбасами. Т.е. и юморок, чаще к месту, но иной раз и не слишком, и образные сравнения с чем-то хорошо знакомым обывателю (типа планеты Татуин), и отсылки в основном на мнения только своих специалистов, и только в крайнем случае упоминание о людях из других неамериканских далей. Но читается книга легко и всё изложено очень доступно, достаточно обычного школьного курса для понимания. Тем более, что автор никакими спецтерминами книгу не грузит — в общем, этакая содержательная и интересная лайт-версия научпопа.

Любовь к литературе вообще и невероятное желание писать книги пришло ко мне когда-то именно из глубины космического пространства. Нет, это были не инопланетяне, это был тот совершенно удивительный факт, что вселенная не ограничивается Землей.
И это я тогда еще не знала об экзопланетах, которым, собственно, и посвящена эта книга. Книга потрясающая во всех отношениях. Несмотря на объем, я ее буквально проглотила за два дня. Да, в ней будут сложные слова и много физики, но тут уж ничего не поделать. Рассматриваются вопросы образования планет в звездных системах (в том числе и в нашей), типы этих планет и систем, как проводятся исследования, какие сложности стоят на пути исследователей. И, конечно, будут рассказы об удивительных мирах: мир с двумя или даже тремя солнцами, алмазный мир… покинуть нашу планету физически мы, к сожалению, не можем, но хотя бы подглядеть в замочную скважину, как выглядит вселенная, нам вполне по силам - в том числе и благодаря этой замечательной книге.

Самым сложным для меня в этой книге оказалось в самом начале вникнуть в суть эффекта Доплера. Я рвал и метал, потому что в голове сразу не укладывалось, как это, и до тех пор, пока я не взял бумагу с ручкой, чтобы расписать всё в формулах, неучтённая деталь так и оставалась неуловимой. Далее следовало просветление и облегчённый вздох, а вот сейчас, после прочтения книги, я не только снова не могу найти эту деталь, но даже и умудрился запутать собственного медведя...
Всё же остальное было несравненно проще эффекта Доплера, оказавшегося для меня внезапно камнем преткновения. Способы определений расстояний до звёзд, их массы, наклонений орбит планет ввиду влияния соседней звезды или планеты, определение пульсаров и их размеров, орбитальный резонанс и конечно же ряд способов обнаружения экзопланет - словом, везде, где господствовала геометрия, проблем для понимания сути у меня не возникло. Таскер более чем доступно и наглядно, чуть ли не на пальцах объясняет все эти явления.

Больше всего меня восторгает логика структуры книги: вначале Таскер излагает образование солнечной системы и формирование разных типов планет в ней. Затем она переходит к истории открытия экзопланет, попутно описывая хронологическое появление различных способов их обнаружения. Часто каким-то одним способом проще находить планеты одной группы. Например, горячие юпитеры на очень близких к своим звёздам орбитах имеют гораздо большие шансы пройти по диску звезды и быть увиденными с Земли, нежели мелкие планеты на более удалённых орбитах, особенно чем ближе орбитальная плоскость наблюдаемой системы к плоскости, перпендикулярной лучу наблюдения. А значит, транзитным методом чаще всего будут фиксироваться именно такие планеты. Чем меньше и дальше от звезды планета, тем меньшим будет падение светимости звезды во время прохождения планеты по её диску. И сразу же, начав с горячих юпитеров, Таскер сравнивает их фактическое местопребывание с картиной мира нашей системы, продолжая развивать тему миграций планет в процессе их образования.
Таскер так много и долго расписывает разнообразнейшие нежилые миры, что самое время взвыть с тоски: неужели Земля - единственное райское место, где возможна (и есть) жизнь. В довершение всего, она, помимо безжизненных планет, рассказывает ещё и о мёртвых звёздах - пульсарах. Но таков её план: эта часть - об "опасных" планетах. И в самом деле, после рассказов о планетах, где жизнь возможна, читать про необитаемые шары раскалённой лавы, газа или покрытые критической водой (и море, и туман и пар, чёткой границы нет) уже было бы не так интересно. Зато в следующей части начинается история открытия экзопланет, где, как предполагают, жизнь возможна. И... история опровержений этих предположений. И следом - рассуждения о тех критериях, которые позволяют предполагать возможность и невозможность жизни. Я сейчас довольно абстрактно тут это всё описываю, но если говорить конкретнее, то в первую голову важен тот диапазон расстояний от звезды, в котором температура планеты позволит существовать воде в её жидкой форме (пусть даже и под километрами льда). Читая эту часть, мы будто бы переносимся из огромного космического пространства в сферу геологии и геологических процессов, узнаём о роли движения тектонических плит в поддерживании постоянной температуры планеты, а также в наличии горячих источников на океанском дне. Здесь нас ждёт и занятная лекция о том, какого цвета могут быть растения на планетах других звёзд, и почему наши растения - зелёные. Таскер говорит и о возможной жизни как на спутника Юпитера и Сатурна, так и на экзолунах. У всякой планеты, как и у всякой звезды есть своя снеговая линия, за которой температура падает ниже нуля. Если орбита спутника (или планеты) вытянутая, при удалении от планеты (звезды) тело деформируется и, сжимаясь, разогревается, что также может послужить необходимым для жизни источником тепла.

Я всегда удивлялся тому, что наша Луна вращается вокруг Земли, всегда повёрнутая к ней одной стороной, не смещаясь даже за многие столетия. Полагал это случайностью с мизерной вероятностью. Оказывается, нет, всё проще: Луна располагается так близко от Земли, что находится у неё в приливном захвате. Земля притягивает ближнюю к ней сторону Луны, и Луна деформируется, напоминая больше не шарик, а мяч для рэгби (что, конечно, преувеличение, но такое, которое служит наглядной иллюстрацией процесса). А наше Солнце не жёлтое, как мы все привыкли думать, а зелёное... Массу интересных вещей можно узнать из этой книжки, и я очень доволен тем, что мне довелось её читать в больнице - где бы ещё я нашол бы столько времени, чтобы сосредоточиться и погрузиться, а не читать урывками, что совершенно не годится для нехудожки подобного рода...

Мне не понравилось вступление к этой книжке. Выкидывать книгу в окно - абсурд. Лучше сдать её в макулатуру. Но вот после того, как кончилось вступление…

Автор начинает свое повествование с того, как была открыта первая внесолнечная планета «51 Пегаса b» методом лучевых скоростей. На примере Венеры и газового гиганта из созвездия Лебедя HD 209458 b автор приводит и другой метод обнаружения планет - транзитный. Автор пишет, что, комбинируя методы, можно определить массу и радиус новой планеты, а также её среднюю плотность - для понимания того, что из себя представляет планета. Дальше автор рассказывает читателю о том, как могла сформироваться наша планета и о том, что её примерный возраст равен 4 560 000 000 лет. В шестой главе мы встречаемся с методом под названием «анализ изменений моментов прохождений». Если я правильно поняла, то этот метод можно использовать для открытия спутников планет, либо для открытия соседних планет с наблюдаемой, если у звезды в системе планет больше, чем одна. В книге рассказывается не только история открытия отдельных видов планет (например, планета - алмаз), но и история открытия планет у разных видов звезд (например, у пульсаров) и звездных систем с двумя или более солнцами.

В части, посвященной формированию планет, Э. Таскер рассказывает о протопланетных дисках, об их нахождении с помощью инфракрасного излучения, и некоторых вопросах формирования планет из этого диска. Например, почему масса планеты составляет всего 1% от первоначальной массы диска и «куда деваются остальные 99%». Очень интересно рассказывается о формировании атмосфер разных планет и что могут представлять собой газовые гиганты. В этом же разделе мы знакомимся с понятием аккреции и гидростатического равновесия, а также пытаемся ответить на вопрос - откуда на Земле взялись моря. Продолжение рассуждений о поведении и формировании планет можно найти и дальше в тексте книги, например, в пятой главе и дальше - о миграции планет.

Мне понравилось, что в этой книге уделено пристальное внимание и планетам Солнечной системы, и мирам вне её. В главе 13 автор предполагает существование 17 млрд землеподобных миров вокруг 100 млрд звезд Млечного пути. В поисках подходящей для жизни планеты автор делает вывод, что «лучший из возможных миров», который бы мог бы быть пригоден для жизни, похожей на нашу, это «старая суперземля, обращающаяся вокруг оранжевого карлика по слегка эллиптической орбите».

Если ваши знания астрономии остались на уровне «Занимательной астрономии» Якова Исидоровича Перельмана, то самое время узнать о потрясающем астрономическом открытии последних тридцати лет – планетах, обращающихся вокруг далёких звёзд – экзопланетах. Именно об этом и расскажет вам «Фабрика планет» - научпоп от британского астрофизика Элизабет Таскер, чей научный интерес лежит в области изучения формирования галактик и планет. Автор рассказывает о методах обнаружения экзопланет, подробно разбирает современные представления об их возникновении, типах, эволюции планетных систем, постепенно переходя к моделированию возможных условий на них, в том числе в контексте поиска жизни. При этом Таскер честно рассказывает читателю об ограниченности наших сегодняшних знаний, не порождая, как это частенько бывает в научно-популярной литературе, иллюзии того, что «мы уже почти всё знаем, осталось только кое-что уточнить». Отдельно отмечу высокий уровень перевода на русский язык, благодаря которому – судя по англоязычным рецензиями – книга читается на русском языке легче, чем на оригинальном английском