Телескоп Kepler вместо Земли-2 наткнулся на потрясающее откры­тие. Он увидел планеты, которые горячее их собственных звезд. Как это возможно, пока не понимает ни­кто. Астрономы уже назвали находку главным открытием прибора.

Космический телескоп ^р^г от­правился искать похожие на Землю планеты в марте прошлого года, а в начале января команда миссии объявила об открытии ^р^'ом своих первых пяти планет. Все они

-        планеты-гиганты вроде Юпитера, которые кружатся на жарких, тесных орбитах возле своих звезд и распух­ли от этого жара до огромных разме­ров. Обнаружение двойников Земли на орбитах вокруг двойников Солнца еще впереди: для этого нужно мини­мум два-три года наблюдений.

Но не исключено, что свое глав­ное открытие Kepler уже сделал. И это настоящее открытие - со­вершенно неожиданное и пока не­объяснимое. Теоретики уже чешут плеши, пытаясь разобраться, что же за объекты крутятся вокруг двух горячих звезд в созвездии Лебедя. Эти «планеты» почему-то гораздо горячее звезд, рядом с которыми их нашли.

Впервые об открытии странных спутников у звезд KOI-74 и KOI-81 (Kepler Object of Interest - «интерес­ный Kepler объект») ученые рас­сказали коллегам в начале января, на 215-й встрече Американского астрономического общества, кото­рая проходила в Вашингтоне. Тем не менее, масштаб проблемы, с которой они столкнулись, стал по­нятен лишь сейчас, когда астрономы под руководством Джейсона Роу из Исследовательского центра NASA имени Эймса опубликовали элек­тронный препринт статьи об уни­кальных объектах, подготовленной для Astrophysical Journal Letters.

В поисках полутени

Kepler предназначен для поиска планет по тени, отбрасываемой ими на телескоп. Точнее, полутени, по­скольку далекая маленькая планета не в состоянии полностью закрыть огромную звезду. Тем не менее, ког­да планета проходит по диску свети­ла, она частично закрывает его по­верхность, и в результате мы видим небольшое падение блеска звезды

-        в случае пары Солнце—Земля это падение блеска составило бы чуть меньше 0,01%.

Разумеется, чтобы такие транзи­ты случались, плоскость планетной орбиты должна лежать достаточно близко к лучу зрения, чтобы в про­екции она пересекала диск звезды. Это относительно маловероятно (для той же пары Солнце—Земля вероятность благоприятного рас­положения составляет чуть меньше 1%), так что Kepler приходится следить сразу за огромным числом звезд (больше 100 тысяч).

Зато если прохождение планеты по диску произошло, а затем не­сколько раз повторилось - с той же глубиной падения блеска и с тем же орбитальным периодом, - это дает и уверенность в том, что планета обнаружена, и возможность вычис­лить ее размеры - просто по доле звездного света, которую планета перекрывает.

Вторая ямка

Однако периодические прохож­дения планеты по диску звезды - не единственные затмения в системе. В большинстве случаев (а для кру­глых орбит — всегда) существует еще покрытие планеты звездой. Планета ведь тоже как-то светится, и, когда она скрывается за диском звезды, общий поток энергии от си­стемы чуть снижается - на кривой блеска отпечатывается маленькая ямка вторичного затмения.

Кроме глубины, эта ямка отлича­ется и формой. Яркость звездного диска падает от центра к краю, поэ­тому на графике главное затмение напоминает латинскую букву U: в середине планета перекрывает бо­лее яркие части диска, чем по краям. Вторичное затмение больше похоже на перевернутую русскую «П» - как только планета скрылась за диском, блеск падает полностью, и никаких изменений в нем не происходит.

Разумеется, «вертикальные» участки U и перевернутой «П» на деле все-таки слегка наклонены - планета не одновременно вся вползает на диск звезды или скры­вается за его краем. Правда, ^р^г делает снимки всего раз в полчаса, а Земля на Солнце заползает за 7 минут, так что в большинстве слу­чаев фазы вползания и сползания (по-научному «ингресс» и «эгресс») ему разрешить не удается. А вот его французский собрат и предше­ственник CoRoT, к примеру, может попытаться.

Горячей горячего

Как раз с вторичным затмением и связан неожиданный результат для звезд KOI-74 и KOI-81. У этих звезд вторичное затмение глубже, чем первичное! Иначе говоря, когда звезда закрывает планету, пропада­ет больше света, чем когда планета закрывает звезду - диск планеты ярче звездного. Поэтому вопрос: «Что ж это за планета такая и что ж это такая за звезда?» — которым задались ученые, вполне законо­мерен.

Справка

Спектральные классы

Традиционно звезды делятся на спектральные классы на основании характеристик их спектра, которые определяет атмосфера звезды. Грубо говоря, спектральный класс показывает температуру звезды, а последовательность основных клас­сов от самых горячих (от 30 тысяч К и выше) до самых холодных (около 3 тысяч К) выглядит:

O - B - A - F - G - K - M.

Звезды, правда, более чем нор­мальные. Их подробно изучили еще при подготовке миссии ^р^'а. KOI-74 (она же KIC 6889235), например, — звезда спектрального класса A с температурой около 9400 градусов по шкале Кельвина (около +9100°С), расположенная примерно в 260 световых годах от Солнца. Звезда KOI-81 (KIC 8823868) принадлежит классу B, ее температура около 10 000 К, а находится она в 1400 световых годах от нас. Эти звезды примерно в 1,9 и 2,9 раза больше Солнца по радиусу и в 2,2 и 2,7 раза

по массе; при этом они излучают в 25 и в 80 раз больше света соот­ветственно.

Параметры их спутников тоже хо­рошо измерены. Вокруг звезды клас­са A (той, что поменьше) на орбите радиусом 11 млн км (16 радиусов Солнца), которую он пробегает за пять с небольшим суток, движется объект размером чуть меньше Юпи­тера. Вокруг B-звезды с периодом чуть меньше 24 дней на расстоянии в 35 млн км ходит объект, который в два раза крупнее Юпитера.

Маленький , но жаркий

И 11, и 35 млн км - это орбиты очень плотные по меркам Солнеч­ной системы; ближайший к Солн­цу член нашей планетной семьи, Меркурий, находится на среднем расстоянии в 60 млн км от Солнца. Кроме того, и сами звезды KOI-74 и KOI-81 существенно горячее, чем наш желтый карлик. По этим при­чинам спутники обеих можно было бы смело отнести к числу «горячих юпитеров».

Справка. Равновесная темпера­тура

Полная мощность излучения световой энергии каждой единицей поверхности нагретого тела про­порциональна четвертой степени его температуры, это так называе­мый закон Стефана—Больцмана. Поэтому можно ввести понятие равновесной температуры планеты, при которой полный поток энергии, излучаемый планетой, равен пол­ному потоку энергии, получаемой ей от звезды.

Если температура выше равно­весной, тело будет больше излучать, чем получать, и станет остывать (при положительной теплоемкости). Если температура ниже равновес­ной, оно будет получать меньше, чем сможет излучить, и начнет на­греваться. Лишь в равновесии эти два потока уравниваются. Реальная равновесная температура зависит также от свойств поверхности (ко­эффициента ее поглощения), ко­торая может зависеть как от длины волны, так и от самой температуры, и должна определяться уравнением излучаемой и поглощаемой энергий на всех длинах волн.

Равновесные температуры их поверхности - то есть темпера­туры, которые позволяют изучать всю энергию, которую планеты перехватывают из потока излу­чения своих звезд, - составляют 2200 и 1700 градусов по Кельвину. Однако из измеренной (по глубине вторичного затмения) яркости этих тел следует, что их температура - 12 300K и 13 500K. Это в два с лишним раза выше, чем у желтого Солнца, и на 3000 градусов горячее бело-голубоватых KOI-74 и KOI-81. Свет этих звезд обеспечить такой жар никак не может. Да и физиче­ская природа объектов размером с планету и температурой с очень горячую звезду вызывает немалый интерес.

Роу и его коллеги также попыта­лись измерить массы загадочных находок. Астрономы обратили вни­мание на не очень сильные, но хоро­шо измеренные плавные колебания блеска звезды вне затмений. На каж­дый оборот горячего спутника блеск прописывает две такие полные вол­ны, поэтому ученые полагают, что здесь речь идет о приливных горбах, вытянутых на звезде притяжением близкого спутника.

По амплитуде колебаний блеска астрономы оценили, какой должна быть масса спутника, чтобы вы­зывать такие приливы. Получилось 0,03 массы Солнца (30 масс Юпи­тера, 10 тысяч масс Земли) и 0,2 массы Солнца. Это массы уже не планет, а звезд или хотя бы «недо-звезд», бурых карликов, которым так и не суждено зажечь ядерные реакции (граница между ними, так называемый предел Кумара, про­ходит на значении в 0,07 солнечной массы). Только вот бурые карлики потому и бурые, что имеют суще­ственно более низкую температуру, а потому слабо светят.

Объяснений нет

Итак, вокруг двух горячих звезд кружатся два непонятных объекта. Их размеры - порядка размеров Юпитера, массы - в десятки и сотни раз превосходят массу крупнейшей планеты Солнечной системы. При этом их температура выше, чем у их горячих даже по звездным меркам материнских звезд. И, судя по кри­вой блеска, они одинаково хорошо излучают и дневной (обращенной к звезде), и ночной сторонами - в противном случае на кривой бле­ска вместо двух приливных волн вырисовывалась бы одна волна изменения фазы.

Что же это такое? Такой объект явно не может быть устроен, как планета, - во-первых, масса слиш­ком велика, а во-вторых, даже если эта масса измерена неправильно (если двойная волна вызвана не приливами, а какой-то другой причи­ной), планета с такой температурой распухла бы куда сильнее, чем на один-два радиуса Юпитера. Те же рассуждения касаются и бурых кар­ликов, которые по сути мало отлича­ются от очень больших планет.

Нечто странное произо­шло на крупнейшей пла­нете Солнечной системы Юпитере. В этот газовый ги­гант врезался некий неопо­знанный объект, который по предварительным данным размерами лишь немного меньше Земли, но больше Луны. Очевидно, что в Юпи­тер врезался один или не­сколько довольно крупных астероидов, коих вблизи орбиты гигантской планеты немало.

По словам астрономов, учитывая масштабы Юпи­тера и его газовую суть, произошедшая катастрофа не оказала влияния на всю планету, однако если бы не­что подобное произошло на Земле, то трагедия была бы планетарных масштабов, счет человеческих жертв открылся бы на многие сотни миллионов («Новости высоких технологий» от

21.07.2009).

Впервые факт столкно­вения загадочного космиче­ского тела с Юпитером был засвидетельствован ав­стралийским астрономом-любителем Энтони Уэс-ли, который сообщил об увиденном в своем блоге. Одновременно с этим он связался с рядом крупных научных обсерваторий и с НАСА, куда передал все научные данные. Астро­ном сообщил, что им было зафиксировано совершен­но четкое атмосферное пятно ярко-желтого цвета в районе южного полюса Юпитера. Еще сутки назад здесь ничего подобного не наблюдалось.

По словам Лея Флет-чера, астрофизика из Ла­боратории реактивного движения НАСА в городе Пасадена (Калифорния), сегодняшний случай стал вторым подобным фактом за последние 15 лет. Тогда около двух десятков круп­ных фрагментов кометы Шумейкера-Леви врезались в Юпитер. Сейчас на газо­вой планете случилось не­что очень похожее, уверен Флетчер.

Ученые говорят, что вначале исследований у них были еще две теории: первая гласила о том, что яркое атмосферное пят­но - это тень от одной из лун Юпитера, вторая, - что яркое пятно - это некий неизвестный на сегодня уникальный для Солнеч­ной системы атмосферный феномен, способный за несколько часов разрастись до размеров Земли.

Позже эти идеи были отвергнуты как несостоя­тельные.

В НАСА говорят, что ис­следовали последствия столкновения при помощи инфракрасного телескопа, установленного на Гавай­ских островах и пришли к заключению, что пятно на Юпитере - это именно след от удара, так как температу­ра здесь существенно выше близлежащих регионов, а кроме того плотность ат­мосферы здесь ниже . Ины -ми словам, все говорило о том, что несколько десятков часов назад тут пролетел на большой скорости круп­ный разогретый объект.

«Нам очень повезло, что мы зафиксировали столкно­вение подобного масштаба. Это большая редкость.

Ранее мы наблюдали на Юпитере разнообразные погодные феномены, ко­торые оставляли следы в верхних слоях планеты, но сегодняшний случай на них не похож», - рассказывает Гленн Ортон, астроном из Лаборатории реактивного движения.

По его словам , то , что происходит сейчас на Юпи­тере, напоминает эффект расходящихся волн, воз­никающих после того, как в воду бросают камень.

«Наши первые наблю­дения показали, что внача­ле след был значительно темнее, потом он начал осветляться, тогда же у нас появилось предположение, что на Юпитере произошло столкновение. Насколько нам на сегодня известно , на Юпитере нет природных источников, способных вы­звать нечто подобное», -говорит Ортон.

В ближайшее время уче­ные намерены провести удаленный химический ана­лиз пятна, так как 15 лет назад после столкновения с обломками кометы в райо­не контакта было обнару­жено нетипично высокое для Юпитера содержание цианистого водорода в ат­мосфере.

В канун близящегося противостояния Марса иссле­довательские группы NASA представили ряд исследо­ваний морфологии Марса, выявленной на полученных с помощью детектора HiRISE орбитальной станции Mars Reconnaissance Orbiter изображениях.

В совокупности эти работы представлены в отдельном тематическим выпуске журнала Icarus.

Широкое разнообразие морфологий Марса, включаю­щее в себя целые комплексы с антропорморфными и сте­реометрически правильными структурами, выявившееся с началом исследований Красной планеты космическими аппаратами, привлекло к себе неослабевающее внимание (Cnews от 14.01.10).

Одним из таких образований стал так называемый Сфинкс, или «Лик Марса» - барельефное «портретное» изображение, расположенное на симметричном основании и проявляющееся при освещении лучами Солнца.

Ничего подобного на других телах Солнечной системы до сих пор выявлено не было, что позволяет говорить если не о его искусственном происхождении, то по крайней мере о своеобразии и уникальности морфологии именно Марса.

Интерес к морфологии Марса не в последней степени подкрепляется обнаружением на планете убедительных маркеров существования органической жизни в наши дни - например, метана.

Не могут это быть и обычные звезды, подпитываемые обычными ядерными реакциями в центре, пото­му что звезды таких размеров — это тусклые красные карлики с темпера­турой 3-4 тысячи Кельвинов, а не 12-13 тысяч градусов. Вряд ли это и термоядерные силовые установки инопланетян - просто потому, что вряд ли. Возможен, конечно, вари­ант, что ученые просто как-то непра­вильно интерпретировали данные: в конце концов, ^р^г измеряет толь­ко свет в определенном диапазоне волн, и, может быть, спутники KOI-74 и KOI-81 просто как-то невероятно эффективно перерабатывают об­щий поток энергии от звезды в лучи именно того сорта, что ловит ^р^г Но и это маловероятно - максимум излучения A и B звезд ^р^г более или менее видит.

Настоящее открытие

Судя по всему, речь идет о на­стоящем, неожиданном и вызываю­щем больше вопросов, чем ответов, открытии. Наверное, даже о главном открытии всей миссии - в конце кон­цов, наличие у других звезд планет вроде Земли вполне ожидаемо, а вот о необъяснимо горячих малень­ких спутниках до сих пор никто и не догадывался. Возможно, Роу и его многочисленные коллеги открыли новый тип астрофизических объек­тов - не исключено, распространен­ных спутников звезд спектральных классов A и B.

Сами авторы работы очень робко предлагают вариант, согласно кото­рому найденыши - это оставшиеся без внешней оболочки остывающие ядра звезд - что-то вроде белых кар­ликов очень небольшой массы. Не исключено, что внешнюю оболочку стянула как раз превратившаяся сейчас в главную звезду системы компонента двойной. Правда, рас­четные параметры таких объектов как-то не очень сходятся с наблю­даемыми.

Следующее слово теперь за на­блюдениями - во всех возможных диапазонах волн, с максимально возможной чувствительностью, с лучшим разрешением по времени, с максимально плотным покрытием вдоль кривой блеска. Больше же всего ученые ждут спектральных данных: во-первых, по ним можно будет надежно измерить массы спутников, а во-вторых, их высо­кая яркость - как относительно звезды, так и абсолютная (объекты сравнительно близкие) - должна позволить вычленить спектр самого загадочного объекта, по которому можно оценивать уже его физиче­ские параметры.

В любом случае астрофизику и астрономию экзопланет в ближай­шее время ждет немало интерес­ного. Судя по всему, объекты вроде тех, что крутятся вокруг KOI-74 и KOI-81, не должны быть редкостью. Kepler уже нашел два, и при этом об­наружил всего пять обычных планет, которые считаются чуть ли не повсе­местным явлением. Зато Вселенная в очередной раз подтвердила, что она куда интереснее и неожиданнее наших представлений о ней.