Экзопланеты: как учёные ищут вторую Землю

Представь светлячка рядом с мощным прожектором — примерно с такой проблемой сталкиваются астрономы. Экзопланета может быть в миллиарды раз тусклее своей звезды, поэтому её собственный свет практически теряется на фоне звёздного излучения. К тому же даже ближайшие системы с экзопланетами находятся в нескольких световых годах от Земли.

Получать прямые изображения экзопланет учёные уже умеют, но пока это технически очень сложно. Лучше всего современные инструменты справляются с крупными и яркими объектами — например, молодыми газовыми гигантами, расположенными сравнительно далеко от своих звёзд. Поэтому большинство экзопланет обнаруживают косвенно. Астрономы следят за тем, как планета влияет на свет или движение своей звезды, либо наблюдают гравитационное искривление света. У каждого метода есть свои возможности и ограничения.

Увидеть экзопланету рядом с далёкой звездой очень сложно: сама планета маленькая и тусклая, а звезда светит гораздо ярче. Поэтому чаще всего астрономы ищут следы присутствия планеты — например, замечают, как она закрывает часть света звезды или своей гравитацией влияет на её движение. Основные способы поиска — транзитный метод и метод лучевых скоростей. Также учёные используют микролинзирование и прямую съёмку.

Транзитный метод

Представь, что планета во время движения по орбите проходит прямо между нами и своей звездой. В этот момент она закрывает небольшую часть звезды, и та на время становится чуть тусклее. Если такое падение яркости повторяется через одинаковые промежутки времени — например, каждые десять дней, — это может быть признаком планеты. Астрономы проверяют сигнал несколько раз, потому что яркость звезды может меняться и по другим причинам.

Чем крупнее планета, тем больше света она закрывает и тем легче её заметить. А если она быстро облетает звезду, такие прохождения происходят чаще.

Планеты размером с Землю тоже можно обнаружить, но они закрывают совсем немного света, поэтому для их поиска нужны очень точные приборы. Именно транзитный метод помог телескопу «Кеплер» обнаружить тысячи экзопланет.

Метод лучевых скоростей

Планета и звезда притягивают друг друга. Поэтому планета не просто обращается вокруг звезды — сама звезда тоже немного покачивается под действием её гравитации. Это движение слишком мало, чтобы увидеть его напрямую, но его можно обнаружить по свету звезды. Когда звезда немного движется к нам, её свет меняется одним образом, а когда от нас — другим. Такой эффект называется эффектом Доплера.

Если эти изменения регулярно повторяются, астрономы могут предположить, что звезду «раскачивает» планета. По сигналу можно определить, как быстро планета совершает оборот вокруг звезды, и оценить её массу. Чем массивнее планета, тем сильнее она воздействует на звезду. Поэтому таким способом проще обнаруживать крупные планеты, чем небольшие каменистые миры.

Микролинзирование

Здесь астрономы используют гравитацию как своеобразную линзу. Если одна звезда проходит перед другой, более далёкой звездой, её гравитация искривляет и усиливает свет фоновой звезды.

Если у ближайшей звезды есть планета, она тоже влияет на этот свет и создаёт небольшое дополнительное изменение яркости. По нему астрономы могут обнаружить планету. Микролинзирование особенно полезно для поиска далёких планет и миров, расположенных на большом расстоянии от своих звёзд.

Прямая съёмка

В этом случае астрономы пытаются получить изображение самой планеты. Главная сложность в том, что звезда намного ярче и её свет мешает разглядеть находящийся рядом тусклый объект.

Чтобы решить эту проблему, специальные приборы подавляют свет звезды.

Вокруг каждой звезды есть расстояния, на которых планете не слишком жарко и не слишком холодно для жидкой воды. Этот участок называют зоной обитаемости. У горячей звезды он расположен дальше от неё, а у более холодной — ближе.

Почему учёных так интересует вода? Все известные нам формы жизни нуждаются в ней. Поэтому планеты, где вода может оставаться жидкой, особенно интересны астрономам.

Но попасть в зону обитаемости недостаточно. На условия на планете влияют её атмосфера, температура, давление и активность звезды.

При поиске потенциально обитаемых миров астрономы смотрят не только на расстояние до звезды, но и на саму планету и свойства её звезды. Особый интерес вызывают небольшие планеты с твёрдой поверхностью. Среди них есть суперземли — экзопланеты массивнее Земли, но легче Нептуна. Несмотря на название, это не обязательно увеличенные копии Земли: они могут быть каменистыми, богатыми водой или иметь плотную газовую оболочку.

Важен и тип звезды. Например, красные карлики составляют примерно три четверти звёзд Млечного Пути, а их зоны обитаемости расположены довольно близко к звезде. Но многие красные карлики, особенно молодые, часто дают сильные вспышки, которые могут влиять на атмосферу находящихся рядом планет.

Некоторые экзопланеты привлекают особое внимание, потому что находятся в зоне обитаемости или расположены сравнительно близко к Земле. Например, LHS 1140 b находится примерно в 48 световых годах от нас и вращается в зоне обитаемости красного карлика. В 2026 году учёные обнаружили сигнал, который мог указывать на наличие гелия в её атмосфере, но последующие наблюдения «Джеймса Уэбба» его не подтвердили. Поэтому свойства атмосферы этой планеты пока остаются неизвестными.

Ещё один интересный мир — Проксима Центавра b, ближайшая к Земле известная экзопланета. До неё около 4,2 светового года, и она тоже находится в зоне обитаемости красного карлика. Однако её звезда часто производит мощные вспышки, излучение которых может мешать планете сохранять атмосферу.

Более того, даже найденная в атмосфере вода ещё не говорит о том, что мир пригоден для жизни.

Например, при наблюдении горячей планеты GJ 486 b телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил признаки водяного пара. Но пока неясно, действительно ли вода находится в атмосфере планеты: источником сигнала могут быть более холодные области на её звезде.

Такие случаи показывают, насколько осторожно учёные относятся к возможным признакам жизни.

«Джеймс Уэбб» позволяет учёным исследовать состав атмосфер некоторых экзопланет. Когда планета проходит перед своей звездой, часть звёздного света проходит через её атмосферу. Разные вещества поглощают определённые части света, и по этим изменениям астрономы могут понять, какие молекулы могут присутствовать в атмосфере.

Например, в 2025 году «Джеймс Уэбб» исследовал атмосферу горячего субнептуна TOI-421 b. В ней обнаружили признаки воды, а также возможные признаки диоксида серы и угарного газа.

В некоторых случаях телескоп позволяет изучать атмосферу ещё подробнее. У газового гиганта WASP-94A b учёные обнаружили, что один её край более холодный и облачный, а другой — более горячий и ясный. Такие наблюдения помогают понять не только состав атмосферы, но и условия в разных её областях.

Космический телескоп Nancy Grace Roman должен значительно увеличить число известных экзопланет. NASA ожидает, что он сможет обнаружить около 100 000 планет транзитным методом и более тысячи — с помощью микролинзирования. Последний метод особенно интересен тем, что позволяет находить сравнительно холодные планеты, расположенные далеко от своих звёзд.

Ещё одна задача Roman — испытать новые возможности прямой съёмки. Его коронограф поможет наблюдать планеты размером с Юпитер у солнцеподобных звёзд. Чем больше разных планет обнаружит Roman, тем точнее учёные смогут оценить, какие типы планет чаще встречаются в Млечном Пути и насколько распространены системы, похожие на нашу.

Даже ближайшие экзопланеты находятся очень далеко. До Проксимы Центавра b — около 4,2 светового года. Если лететь со скоростью современных космических аппаратов, путешествие заняло бы, по одной из оценок NASA, около 75 000 лет. Технологий для пилотируемых полётов к другим звёздам у нас пока нет. Но учёные рассматривают идеи, которые в будущем могли бы значительно сократить время путешествия.

Например, проект Breakthrough Starshot предлагает отправлять к ближайшим звёздам крошечные беспилотные аппараты и разгонять их с помощью мощных лазеров примерно до 20% скорости света. При такой скорости путь длиной около четырёх световых лет занял бы примерно 20 лет.

Начать работать с настоящими астрономическими данными можно ещё в школе. Например, в проекте Planet Hunters TESS на платформе Zooniverse добровольцы изучают данные телескопа TESS и помогают искать возможные экзопланеты. Результаты такой работы могут использоваться в научных исследованиях.

Если хочется самостоятельно посмотреть данные об уже известных планетах, можно заглянуть в NASA Exoplanet Archive. Там собрана информация о подтверждённых экзопланетах, кандидатах и их характеристиках.

А если ты хочешь заниматься астрономией профессионально, пригодится хорошая база по физике, математике и программированию. Эти знания нужны, чтобы обрабатывать результаты наблюдений, строить модели и работать с большими объёмами данных.

Главный вопрос теперь не в том, существуют ли планеты за пределами Солнечной системы, а в том, насколько они могут быть похожи на Землю. Новые телескопы позволяют всё подробнее изучать далёкие миры: определять их размеры и массу, исследовать атмосферы и условия на поверхности.

Вторую Землю учёные пока не нашли. Но с каждым новым наблюдением становится понятнее, какие планеты стоит изучать особенно внимательно и где искать возможные признаки жизни.