Загадки космоса. Планеты и экзопланеты - Андрей Мурачёв

В следующих главах мы более подробно рассмотрим спектроскопический и транзитный методы обнаружения экзопланет, а также (с долей фантазии) попытаемся представить себе пейзажи некоторых из миров, обнаруженных астрономами за последнее время. Здесь, на Земле, еще никто и никогда не встречался ни с чем подобным. Но законы физики и химии, работающие одинаково во всех уголках Вселенной, неминуемо приводят к рождению таких удивительных и разнообразных миров. Только помните, что многие наши выводы могут оказаться ошибочными, ведь даже самые близкие к нам планеты Солнечной системы – те, что мы исследуем напрямую, а не косвенно, реконструируя их поверхности по жалким кусочкам информации, – продолжают преподносить сюрпризы в ходе каждой новой исследовательской программы.

На начало 2020 года, согласно сайту NASA Exoplanet Archive, нам достоверно известно о существовании свыше 4 000 экзопланет. Но у нас есть лишь самые общие сведения о них. Возможно, когда-то наши телескопы позволят разглядеть там даже материки и обнаружить следы влияния жизни на рельеф и атмосферу экзопланет. Быть может, однажды космонавты ступят на поверхность чужих планет и своими глазами увидят, что мы были правы (или не правы) в своих предположениях.

Чтобы рассказать о первой открытой экзопланете, нужно сделать небольшое отступление и познакомиться с Джоселин Белл Бернелл – одним из самых известных астрофизиков, так и не ставшим лауреатом Нобелевской премии, а также ее открытием – одним из самых значительных в астрофизике.

Джоселин Белл родилась 15 июля 1943 года в Белфасте в Северной Ирландии. Ее отец был главным архитектором старинной обсерватории в городе Арма. С детства Белл проводила много времени с сотрудниками этой обсерватории и читала книги о Вселенной из богатой библиотеки отца – в общем, не оставляла себе другого выбора, кроме как посвятить будущую жизнь астрономии.

Окончив Университет Глазго по специальности «физика» с отличием, в 1965 году Белл перебралась в Кембридж – по ее словам, скорее случайно. Она была одной из немногих женщин, которым одобрили заявку на обучение в аспирантуре в таком престижном университете. Когда Белл узнала о зачислении, оказалось, что она подвержена синдрому самозванца: Белл подумала, что закралась какая-то ошибка, ведь она не заслуживает возможности учиться здесь.

В Кембридже Белл начала работать в группе доктора Энтони Хьюиша. Свою научную карьеру тот начал во время войны под руководством Мартина Райла (мы с ним уже встречались в прошлой главе) в Научно-исследовательском центре телекоммуникации в Малверне. Там разрабатывали бортовые радиолокационные системы для авиации. После войны Райл занялся исследованием солнечного радиоизлучения, а затем переключился на более перспективную радиоинтерферометрию. В 1946 году он и его команда создали первый в мире многоэлементный радиоинтерферометр, а чуть позже обнаружили четыре радиозвезды – космические радиоисточники, никак не связанные с обычными звездами. (Позже, уже в 1950-х годах, оказалось, что эти таинственные радиозвезды представляют собой новый тип далеких активных галактик. Их стали называть квазарами.)

В 1948 году Мартин Райл перебрался в Кембридж, где начал читать лекции, а также руководить научной группой в Кавендишской лаборатории. В том же году к группе Райла перебрался Энтони Хьюиш, который занялся выяснением причин недавно обнаруженного мерцания излучения радиозвезд. В итоге, когда оказалось, что это мерцание связано с нарушением условий в верхних слоях атмосферы, Мартин Райл потерял к явлению интерес, а Хьюиш увидел возможность для самостоятельных научных поисков. Так Райл и Хьюиш и продолжали работать – совместно над радиоинтерферометрами и обособленно над собственными проектами.

Но вернемся к Джоселин Белл, присоединившейся к группе Энтони Хьюиша. Он еще с 1965 года намеревался провести крупномасштабное исследование по установлению точных координат уже известных квазаров и поиску новых. Для этого Хьюиш инициировал строительство радиотелескопа, способного «разрешать» события, разделенные интервалом всего в 0,1 с, он назвал его «Межпланетный сцинтилляционный массив». Площадью 16 км2 – чуть больше, чем два футбольных поля, – радиотелескоп состоял из 4 096 простых антенн, объединенных в интерферометрическую сеть. Чтобы соединить все антенны, необходимо было смонтировать около 200 км проводов – и этот труд Хьюиш полностью взвалил на плечи учеников. При зачислении в радиоастрономическую лабораторию Хьюиша, по воспоминаниям Белл, каждому студенту выдавался набор инструментов: плоскогубцы, кусачки и отвертка[29].

Поначалу Белл наравне с остальными студентами занималась монтажными работами, но, когда летом 1967 года «Межпланетный сцинтилляционный массив» заработал, она переключилась на изучение получаемой с него информации. Все принятые данные передавались на самописцы, выдававшие в день по 30 м картографической бумаги с красной линией, регистрирующей интенсивность радиоисточников. Во времена, когда не существовало никаких компьютеров, просматривать ленты приходилось людям. Задача Белл состояла как раз в этом.

Рисунок 9. Джоселин Белл

Белл просматривала буквально километры распечаток, регистрировавших радиосигналы, в поисках квазаров, а в перерывах, вооружившись плоскогубцами, латала фазированные решетки радиотелескопа. Работая таким образом, она заметила необычный сигнал: серию слабых и регулярных радиоимпульсов с периодом около 1,3 с. На ленте они занимали всего пару сантиметров. Впоследствии Белл рассказывала об этом так: «Это был очень, очень слабый сигнал. Он занимал примерно одну стотысячную долю из трех миль картографических данных, которые у меня были. Я заметила это, потому что была невероятно осторожна и очень внимательна из-за синдрома самозванца. Пусть меня выгонят, но до этого времени я буду работать очень усердно. Когда придет время, моя совесть будет чиста. Я сделала все возможное». Хьюиш сначала подумал, что обнаруженное Белл явление – это переотраженный в атмосфере сигнал с Земли. Холодная война была в самом разгаре, и такой источник мог означать все что угодно.

В течение нескольких последующих месяцев Хьюиш и Белл занимались тем, что перепроверяли все возможные источники таинственных радиоимпульсов. Когда стало понятно, что сигналы имеют все же внеземное происхождение, ученые полушутя назвали их LGM – Little Green Men («Маленькие зеленые человечки»): совсем недавно началась и космическая эра, так что воздух был пронизан предвкушением встречи с инопланетянами. Вскоре в других частях неба были обнаружены еще три подобных радиоимпульса, но с другим периодом. Стало понятно, что это не радиомаяк какой-то инопланетной цивилизации, а некий новый тип астрономических объектов.