Открытие экзопланет (планет, которые вращаются не вокруг Солнца, а вокруг других звезд) — одна из наиболее быстроразвивающихся и «модных» областей астрономии. Первые экзопланеты были открыты лишь около 20 лет назад, а сегодня их насчитывается уже свыше 850. В основном это газовые гиганты, типа Юпитера, — крупные и массивные планеты, которые легче открывать. Но такие планеты, хотя и интересны сами по себе, вряд ли помогут ученым в их, пожалуй, самой амбициозной на сегодняшний день задаче — поисках внеземной жизни. Поэтому фронтир исследований проходит там, где современные телескопы работают на пределе чувствительности, обнаруживая маленькие скалистые планеты, похожие на Землю. Таких планет известно пока очень немного.

Значительно увеличить их число призван космический телескоп «Кеплер», запущенный весной 2009 года. Его главный инструмент — сверхчувствительный фотометр — непрерывно следит за небольшим участком неба на границах созвездий Лебедя и Лиры. Здесь находится более 150 000 доступных для наблюдений солнцеподобных звезд. Телескоп ищет колебания в блеске этих звезд (чаще всего совершенно ничтожные!), которые могут быть вызваны разными причинами: переменностью самой звезды, в том числе пятнами на ее поверхности, или же затмениями от проходящих перед ними более тусклых тел — звезд или планет. Этот способ позволил «Кеплеру» обнаружить за 3,5 года наблюдений 2470 кандидатов в экзопланеты, из которых статус подтвержденных имеют пока лишь около сотни.

Телескоп «Кеплер». Рисунок: NASA

Среди кандидатов «Кеплера» большую часть составляют уже не планеты-гиганты (как в случае с другими способами поиска), а нептуны и сверхземли — планеты диаметром 1,25-6 диаметров Земли. Особый интерес представляют кандидаты с размерами, сходными с размерами нашей планеты. Таких среди кандидатов «Кеплера» известно сегодня 351.

Ясно, что именно эти планеты астрономы пытаются подтвердить (то есть исключить все иные объяснения мини-затмениям звезд) в первую очередь. В рамках этой работы 20 февраля из НАСА пришло сообщение о подтверждении уникальной системы Кеплер-37, состоящей по крайней мере из трех планет, сразу две из которых по размерам меньше Земли!

Планеты обращаются вокруг солнцеподобной звезды, находящейся в созвездии Лиры. Звезда имеет массу 80% от массы Солнца, несколько меньше и холоднее его. Как и Солнце, она принадлежит к спектральному классу G. Расстояние до Кеплер-37 оценивается в 210 световых лет. Планеты, входящие в систему звезды, получили стандартные названия: Кеплер-37b, Кеплер-37c и Кеплер-37d — в порядке удаления от звезды.

Несмотря на схожесть центральных светил, система Кеплер-37 мало похожа на солнечную. Главное отличие состоит в ее необычайной компактности: все три планеты системы находятся ближе к своей звезде, чем Меркурий к Солнцу. (Разумеется, они очень горячи.)

Кеплер-37b

Наиболее интересна планета Кеплер-37b. Это самая маленькая планета из открытых на сегодняшний день. Она меньше любой планеты Солнечной системы, включая Меркурий (Плутон — не планета, вы не забыли?), размеры ее лишь немногим больше размеров Луны.

Кеплер-37b находится в 3 раза ближе к своей звезде, чем Меркурий к Солнцу. Немудрено, что температура на ее поверхности достигает 700 градусов Кельвина. Год на планете длится всего лишь 13 земных дней (на Кеплер-37c и Кеплер-37d — 21 и 40 дней соответственно). Кеплер-37b — неприветливое место: почти наверняка это каменный мир, лишенный атмосферы. На ее поверхности могут течь реки расплавленного цинка и свинка.

кеплер-37б

Планета Кеплер-37b в представлении художника. Несмотря на то что ее точная масса пока не известна, размеры и местоположение вблизи от своей звезды позволяют предположить, что это маленький скалистый мир типа Меркурия или Луны. Рисунок: NASA/Ames/JPL-Caltech

Поразительное открытие показывает невероятную чувствительность «Кеплера». Телескоп уловил падение яркости звезды на тысячные доли процента, вызванное прохождением перед нею планеты в три раза меньше Земли! Такую маленькую планету подтвердить очень нелегко. «Кеплер» может узнать только размеры тела в долях размера звезды. Чтобы узнать истинный размер планеты, нужно знать точный размер самой звезды. Но как это сделать?

В астрономии есть специальная область, занимающаяся исследованием недр звезд. Называется она — гелиосейсмология. Данные этой науки позволяют ученым узнать очень точные характеристики звезд — их размеры, плотность, массу. Возможно это благодаря тому, что внутри звезд зарождаются и распространяются звуковые волны, очень похожие на сейсмические волны в недрах Земли. Достигая поверхности звезды, волны заставляют ее колебаться, что приводит к микроскопическим вариациям в яркости светила. Большие звезды, подобно колоколам, генерируют «низкие» звуки — волны бо́льшей длины (соответственно, колебания блеска с бо́льшим периодом); маленькие звезды (вроде Кеплер-37) порождают высокочастотные колебания. Эти почти неуловимые мерцания звезд труднее всего обнаружить. Земные телескопы тут не помощники. И дело здесь не в самих инструментах, а в атмосфере Земли, которая неизбежно «замывает» подобные колебания.

А вот чувствительности работающего в космосе «Кеплера» хватило для гелиосейсмологических исследований. В результате Кеплер-37 стала самой маленькой звездой, изученной подобным способом. Данные позволили узнать точные размеры звезды — 3/4 солнечных, что в свою очередь позволило вычислить размеры планеты Кеплер-37b и двух других планет. Иллюстрация ниже дает представление о сравнительных размерах планет системы Кеплер-37.

Сравнительные размеры Луны, Меркурия, Марса и Земли в сравнении с планетами системы Кеплер-37. Рисунок: NASA/Ames/JPL-Caltech

Новое открытие «Кеплера» дает астрономам уверенность в том, что планеты размером с Кеплер-37b и больше весьма распространены в нашей Галактике. Часть из них наверняка находится на таком расстоянии от своих звезд, что на их поверхности может находиться вода в жидком состоянии. Такие планеты будут тщательно изучаться на предмет обитаемости. Поиски внеземной жизни продолжаются.

Характеристики системы Kepler-37

Звезда Kepler-37

Созвездие: Лира
Спектральный класс: G
Координаты α (2000): 18h 56min 14,3s
Координаты δ (2000): +44° 31′ 05″
Эффективная температура: 5417±75 К
Звездная величина (в К-полосе): 7,94
Расстояние: 66 пк
Масса (в массах Солнца): 0,803±0,068
Радиус (в радиусах Солнца): 0,77
Светимость (в светимостях Солнца): ?
Металличность, [Fe/H]: -0,32

Планета Kepler-37b

Масса: ?
Большая полуось орбиты: 0,1003 а. е.
Период обращения: 13,3673 дней
Радиус (в рад. Земли): 0,303
Наклонение орбиты (i°): 88,63


Планета Kepler-37c

Масса: ?
Большая полуось орбиты: 0,1368 а. е.
Период обращения: 21,3019 дней
Радиус (в рад. Земли): 0,742
Наклонение орбиты (i°): 89,07

Планета Kepler-37d

Масса: ?
Большая полуось орбиты: 0,2076 а. е.
Период обращения: 39,7922 дней
Радиус (в рад. Земли): 1,99
Наклонение орбиты (i°): 89,335