Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли - [3]
То же самое происходит и со светом звезды. Когда при обращении по орбите вокруг планеты звезда движется по направлению к Земле, исходящие от нее световые волны сжимаются, их длина уменьшается, а цвет смещается к голубой части спектра. Когда звезда движется назад, удаляясь от Земли, световые волны становятся длиннее и приобретают красный оттенок. По мере движения планеты и звезды по орбите вокруг общего центра масс свет звезды меняется, смещаясь то к голубой части спектра, то к красной, в соответствии с ее колебательными движениями.
Еще один способ решения той же проблемы связан с частицами света. Представьте, что звезда — это человек, который бросает в вас световые шары с постоянной частотой. Если звезда движется к вам, расстояние между вами сокращается, а значит, частота с которой шары долетают до вас, увеличивается. Это как раз то уменьшение длины волн, благодаря которому свет приобретает голубой оттенок, а звук сирены становится выше. Когда звезда удаляется, расстояние увеличивается, а значит, шарам требуется больше времени, чтобы преодолеть его. При этом длина волн увеличивается, а свет приобретает красный оттенок.
Измерение этого сдвига в длине волн позволяет отследить изменения в движении звезды в момент колебания при сближении с Землей и удалении от нее. Скорость движения по направлению к нам называют лучевой скоростью звезды. Отсюда название метода обнаружения планет — метод лучевых скоростей. Иногда его еще называют методом Доплера.
Майор и Кело использовали данные о продолжительности колебаний звезды в обоих направлениях для расчета длины орбиты планеты и далее делали вывод о том, насколько далеко планета находится от звезды. При этом амплитуда колебаний звезды позволила оценить массу планеты: чем больше звезда отклонялась от своей орбиты, тем дальше была точка равновесия, то есть центр масс, а значит, тем тяжелее была планета.
Стоит упомянуть, что масса планеты, полученная методом измерения лучевой скорости звезды, — это всегда минимальное возможное значение. Причина в том, что световые волны становятся короче или длиннее только при движении непосредственно к нам или от нас. Любые колебания звезды, направленные не в нашу сторону, проходят незамеченными.
Можно провести аналогию с наблюдением за движением наполненного горячим воздухом шара по его тени. Тень показывает нам, что шар движется параллельно земле, но мы не понимаем, поднимается он или опускается. Если бы по движению тени вы захотели вычислить, сколько горючего ушло на полет шара, то, скорее всего, полученный результат был бы слишком мал, ведь в нем не учитывалось бы топливо, затраченное на набор высоты. Соответственно, если планета и звезда движутся по орбитам, имеющим определенный угол наклона по отношению к Земле, только лишь часть колебаний звезды будет обращена к нам и поддастся обнаружению. Поэтому оценка исходящей от планеты силы будет заниженной, а вычисленная таким способом масса будет меньше фактической.
Майор и Кело проводили свои наблюдения с помощью телескопа в обсерватории Верхнего Прованса на юге Франции. К концу 1994 г. им удалось провести 12 измерений лучевой скорости звезды 51 в созвездии Пегас. Они поняли, что имеют дело с чем-то исключительным, но потом осторожность взяла верх. Предшествующие попытки отыскать столь крошечный объект, как планета, ни к чему хорошему не привели, из-за чего за исследованиями в этой области закрепилась дурная слава. На протяжении полувека то там, то тут появлялись ложные сообщения, которые не подтверждались при более тщательном анализе. Была ли это действительно планета или то, что они наблюдали, окажется всего лишь результатом незначительных периодически повторяющихся изменений в атмосфере звезды при ее вращении?
Была и другая проблема. Когда они пытались рассчитать минимальную массу и период обращения планеты по орбите, у них получалась какая-то бессмыслица.
Предполагаемая планета была размером по меньшей мере в половину Юпитера, то есть приблизительно в 150 раз больше Земли. Такая громада должна была быть газовым гигантом, похожим на четыре планеты Солнечной системы — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Предполагают, что у них есть твердое ядро, но большая часть их объема приходится на атмосферу толщиной в тысячи километров. Все наши газовые планеты находятся на дальних окраинах Солнечной системы, а во всех моделях образования планет такое расположение рассматривалось в качестве универсального. Для формирования газового гиганта требуется много вещества. Вблизи звезды, где под действием высокой температуры значительная часть потенциальных твердых частиц улетучивается, его просто нет. Поэтому газовые гиганты всегда находятся на значительном удалении от звезды. Однако расстояние между наблюдавшейся Майором и Кело новой планетой и звездой было совсем небольшим. Более того, планета располагалась намного ближе к звезде 51 Пегаса, чем Меркурий — к нашему Солнцу. Год на ней продолжался всего четверо суток. Должно быть, исследователи допустили ошибку.
Майор и Кело решили не торопиться и продолжили наблюдать за звездой 51 Пегаса. В июле 1995 г. они провели еще восемь измерений. Проанализировав полученные данные, ученые наконец убедились, что были правы. Несмотря на все нестыковки, это действительно была планета.
