Цього року половину Нобелівської премії з фізики отримають Мішель Майор і Дід’є К’єло за відкриття екзопланети. Друга половина буде у Джеймса Піблса, але це зовсім інша історія, і про неї буде пізніше.
Колись давно, коли ще не було не тільки смартфонів і ком’ютерів, а навіть телескопів, люди дивились в небо і бачили зорі. Деякі зорі вони бачили впродовж всього року, наприклад, Полярну зору, за якою можна визначити напрямок на північ (там, де Полярна зоря – північ), деякі зорі можна побачити тільки протягом певного сезону, наприклад, Альтаїр розташований високо в небі наприкінці літа, а взимку його не видно (якщо спостерігати з північної півкулі Землі), а деякі зорі переміщувалися ще скоріше, просто блукали нічним небом, тому давні греки назвали їх планетами, тобто блукаючими, і кожній окремій дали персональне ім’я, як у богів. Ми знаємо їх за римськими назвами – Меркурій, Марс, Венера, Юпітер, Сатурн, хоча відкривали і якось їх називали майже всі земні цивілізації. Ще додавали до планет Сонце і Місяць, які ми планетами не вважаємо.
Галілео Галілей десь приблизно у 1609 році збудував телескоп, за його допомогою роздивився супутники Юпітера та кільця Сатурна, зрозумів, що зорі знаходяться значно дальше від Землі, ніж планети і ще багато всього.
Галілей ще не знав, що зорі і Сонце – величезні кулі розжареного газу, але почав здогадуватись, що планети не мають власного світла, а відбивають сонячне, як сонячного зайчика. Він довів, що Земля обертається навколо Сонця, як супутники Юпітера навколо Юпітера. Довів розрахунками, бо фотографій з космічних телескопів чи наукових фільмів про Космос в нього ще не було.
13 березня 1781 року англійський астроном Вільям Гершель повідомив про те, що відкрив ще одну планету Сонячної системи, яку назвав Ураном.
Сер Вільям дивився в телескоп, і саме так відкрив нову планету. Оскільки на цей момент вчені вміли розраховувати орбіти планет, Уран теж розрахували, але щось було не так, Уран бачили не там, де він мав бути за розрахунками, а десь збоку.
Вчені довго намагались визначити, чому розрахунки не збігаються з рухом Урану, і 23 вересня 1846 року відкрили нову планету, Нептун.
Відкрили математично, зробивши припущення, що за орбітою Урана є ще одна планета, яка притягує Уран, і виявили її. У 1843 Джон Адамс, а в 1845 – Урбен Левер’є зробили незалежні розрахунки про те, де має бути позауранова планета. Математичне відкриття було таким дивним, що на місце розташування нової планети вирішили подивитись не великі професора, а асистент Берлинської обсерваторії Йоганн Галле , який побачив планету в перший же вечір. Саме оптичне спостереження досі остаточно доводить відкриття.
Після успіху з Нептуном багато вчених почали шукати нові планети. 13 березня 1930 року було оголошено про відкриття дев’ятої планети, Плутона. Персіваль Ловелл сфотографував його ще у 1915 році, але не впізнав.
Плутон виявився маленьким, з незвично великим супутником і дивною орбітою, що викликало певні питання, а потім знайшли ще кілька малих планет, тому 2006 року Плутон, Ериду, Цереру і всіх інших назвали планетоїдами – щоб дітям і батькам не доводилось вчити купу нових назв*
Те, що в нашої зірки є планети, надихає думати, що у всіх інших зірок є свої екзопланети (бо планети є тільки у Сонця). Або не у всіх, а тільки деяких. Чи думати, що наша Сонячна система унікальна і інших планет не існує. Було б гарно мати якісь докази. Але зорі великі і яскраві, знаходяться десь далеко, на їх тлі екзопланети (маленькі, темненькі) побачити неможливо.
Але у планет є маса, і маса планети може впливати на рух зорі. Коли тато розкручує дитину так, що ноги дитини відриваються від землі, тато також дещо переміщується. Проведіть власний дослід з татом :) Трицятикілограмова дитина змістить тата приблизно на пів метра, а гравітація Юпітера змушує Сонце рухатись зі швидкістю близько 12 м/с довкола центру гравітації Сонячної системи. Земля спричиняється до швидкості всього 0,09 м/с. Це дуже мало, менше, ніж можна було помітити в телескопи довгий час. Прилади потрібної точності Мішель Майор і Дід’є К’єло сконструювали лише 1994 року, хоча пан Майор почав робив різні прилади значно раніше.
Зміщення зорь вираховують швидкістю, бо світло змінює колір, коли те, що світиться, наближається (синіє) чи віддаляється (червоніє). На зображені нижче синенька хвиля показує, що зоря наближається, а червона – що віддаляється. Зміщення маленькі, оком не можна побачити навіть у телескоп, тому ці розрахунки роблять спеціальні комп’ютери.
6 жовтня 1995 року Мішель Майор і Дід’є К’єло представили свої розрахунки іншим вченим. Це була перша доведена планета, що обертається довкола зірки сонячного типу (тобто не дуже великої, не дуже жаркої – такої, як Сонце). Планета, 51 Pegasi b, швидко обертається довкола своєї зірки, 51 Pegasi, яка перебуває за 50 світлових років від Землі. Майже одразу після цього двоє американських астрономів, Пол Батлер і Джефрі Марсі, направили свої телескопи на зірку 51 Pegasi і підтвердили відкриття.
Після цього екзопланети почали відкривати дуже швидко і зараз їх відомо більше 4000. Частина з них – землеподібні, тобто не дуже великі, тверді, і на них вже знаходять молекули води в атмосфері та оксид вуглецю. Тобто у інших зірок точно є планети, доведено. Можна починати думати про те, чи може там бути життя.
Є ще один спосіб дізнатись, що у зірки є екзопланети. Коли екзопланета проходить між спостерігачами та зіркою, вона трішки затуляє світло, як кішка, яка пробігає по підвіконню. Оком складно побачити, але сучасні прилади можуть помітити. На цей метод транзитної фотометрії можна подивитись на зображені нижче
Ця перша екзопланета виявилася не такою, як очікували. Вона велика, як Юпітер, але обертається дуже близько до зірки і дуже швидко. І дуже розжарена, значно гарячіша, ніж Меркурій. Раніше вважали, що так бути не може, тому вчені швиденько почали вигадувати нові теорії того, як формуються зіркові системи. Це може змінити уявлення про те, як формувалась наша Сонячна система, і знайти нові питання та відповіді.
*В дійсності переглянули визначення терміну “планета” і вирішили, що дійсна планета має:
- обертатися навколо Сонця;
- бути досить масивною, щоб набути кулястої форми під дією власної маси;
- бути «гравітаційною домінантою» на своїй орбіті, тобто, поряд із ним не має бути інших тіл порівнянного розміру, крім його власних супутників або тіл, що перебувають під його гравітаційним впливом.
Планетоїди не задовільняють пункт 3.
Використані джерела:
- Сайт NASA solarsystem.nasa.gov
- Популярний огляд Нобелівської премії у галузі фізики popular-physicsprize2019
- Науковий огляд advanced-physicsprize2019 (там є гарні схеми доплерівського зміщення з лінійними діаграмами і принципова схема приладу, за допомогою якого все це вимірялось)
- Вікіпедія :)
Add Comment