За последние три десятилетия астрономы открыли уже тысячи экзопланет — миров, обращающихся вокруг других звёзд. Большинство из них были найдены благодаря транзитному методу, когда планета проходит по диску своей звезды и на короткое время немного уменьшает её яркость. Именно таким способом были обнаружены многие наиболее известные внесолнечные планеты.
Однако возникает любопытный вопрос: если бы далёкая цивилизация наблюдала за нашей Солнечной системой теми же методами, смогла бы она обнаружить Юпитер? Новое исследование показало, что ответ далеко не так очевиден, как может показаться на первый взгляд. Работа помогает лучше понять ограничения современных методов поиска экзопланет и оценить, насколько типичной выглядит наша планетная система для внешнего наблюдателя.
Как астрономы находят экзопланеты
Транзитный метод основан на очень простом принципе.
Когда планета проходит между своей звездой и наблюдателем, она закрывает небольшую часть её поверхности.
Из-за этого яркость звезды слегка уменьшается.
Современные космические телескопы способны измерять такие изменения с исключительно высокой точностью.
Если подобные падения яркости повторяются через равные промежутки времени, это становится серьёзным свидетельством существования планеты.
Именно таким способом были открыты тысячи известных экзопланет.
Почему обнаружить Юпитер непросто
Юпитер является крупнейшей планетой Солнечной системы.
По своим размерам он значительно превосходит Землю и остальные внутренние планеты.
Казалось бы, именно его должно быть легче всего обнаружить.
Но существует другая проблема.
Юпитер обращается вокруг Солнца почти двенадцать земных лет.
Это означает, что его транзиты происходят крайне редко.
Для уверенного открытия астрономам обычно требуется зарегистрировать несколько одинаковых прохождений.
Если период обращения очень велик, ожидание может занять десятилетия.
Что исследовали учёные
Авторы новой работы решили проверить, насколько хорошо современные методы поиска экзопланет справились бы с обнаружением Юпитера, если бы он обращался вокруг обычной звезды, похожей на Солнце.
Для этого были созданы компьютерные модели наблюдений, максимально приближённые к условиям работы современных космических телескопов.
Исследователи учитывали:
- яркость звезды;
- размеры планеты;
- длительность наблюдений;
- шумы измерений;
- реальные ограничения существующих обзоров.
Размер планеты — ещё не гарантия успеха
Хотя Юпитер закрывает значительно большую часть солнечного диска, чем Земля, обнаружение зависит не только от размеров.
Огромное значение имеют:
- частота транзитов;
- продолжительность наблюдений;
- стабильность измерений;
- вероятность того, что орбита вообще окажется расположенной под нужным углом.
Если хотя бы одно из этих условий не выполняется, планета может остаться незамеченной.
Геометрия играет решающую роль
Чтобы увидеть транзит, необходимо, чтобы орбита планеты была почти идеально ориентирована относительно наблюдателя.
Лишь в этом случае планета проходит прямо по диску своей звезды.
Если орбита наклонена хотя бы немного иначе, никакого уменьшения яркости увидеть уже невозможно.
Поэтому далеко не все существующие планетные системы можно изучать транзитным методом.
Ограниченное время работы космических миссий
Большинство современных обзоров продолжаются несколько лет.
Этого вполне достаточно для обнаружения планет с короткими периодами обращения.
Например:
- горячих юпитеров;
- суперземель;
- планет, находящихся очень близко к своим звёздам.
Но для объектов, совершающих один оборот за многие годы, подобного времени оказывается недостаточно.
Именно поэтому долгопериодические планеты открываются значительно реже.
Какие результаты получили исследователи
Моделирование показало, что обнаружение аналога Юпитера при помощи транзитного метода возможно, однако вероятность этого значительно ниже, чем для планет с короткими орбитами.
Главная причина заключается не в недостаточной чувствительности приборов.
Основное ограничение связано именно с редкостью прохождений планеты перед своей звездой.
Чем дольше период обращения, тем сложнее накопить достаточно данных для уверенного открытия.
Почему это важно для статистики
Сегодня каталог известных экзопланет далеко не полностью отражает реальное разнообразие планетных систем.
Большинство обнаруженных миров имеют сравнительно короткие орбиты.
Это вовсе не означает, что такие системы наиболее распространены.
Во многом подобная картина объясняется особенностями самих методов поиска.
Другими словами, астрономы легче находят именно те планеты, которые проще наблюдать.
Значит ли это, что систем вроде нашей мало
Совсем нет.
Исследование показывает обратное.
Планеты, похожие на Юпитер, могут существовать значительно чаще, чем кажется по современным каталогам.
Просто обнаружить их намного сложнее.
По мере увеличения продолжительности космических миссий и накопления новых наблюдений число подобных открытий будет постепенно расти.
Почему Юпитер важен для понимания планетных систем
Газовые гиганты оказывают большое влияние на эволюцию своих систем.
Их гравитация способна:
- изменять орбиты других планет;
- влиять на движение астероидов;
- участвовать в формировании молодых планетных систем;
- изменять распределение вещества в протопланетном диске.
Поэтому изучение аналогов Юпитера помогает лучше понять процессы образования планет.
Какие телескопы помогут в будущем
Современные и будущие космические обсерватории будут работать значительно дольше своих предшественников.
Продолжительные серии наблюдений позволят фиксировать всё больше редких транзитов.
Кроме того, транзитный метод постепенно будет дополняться другими способами поиска экзопланет, включая измерение колебаний звёзд и прямые наблюдения наиболее удалённых газовых гигантов.
Объединение различных методов позволит получать более полную картину строения планетных систем.
Как могла бы выглядеть Солнечная система для далёких наблюдателей
Если представить цивилизацию, располагающую технологиями, сравнимыми с современными земными обсерваториями, она вполне могла бы столкнуться с теми же трудностями, которые испытывают наши астрономы при поиске далёких миров.
Даже крупнейшая планета Солнечной системы не обязательно сразу выдала бы своё присутствие. Для её уверенного обнаружения потребовались бы годы непрерывных наблюдений и удачное взаимное расположение планетной системы и наблюдателя.
Исследование напоминает, что современные каталоги экзопланет отражают не только устройство Вселенной, но и возможности наших инструментов. По мере развития технологий и увеличения времени наблюдений астрономы смогут обнаруживать всё больше систем, напоминающих нашу собственную, а значит, лучше понимать, насколько типичной является Солнечная система среди миллиардов звёзд Галактики.
Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org
