Поиск планет труден тем, что современные инструменты, которыми располагают как оптическая, так и радиоастрономия, неспособны их разглядеть из-за их малых угловых размеров. Практически сегодня судить о том, имеются ли у данной звезды вращающиеся вокруг нее планеты, можно только по некоторым косвенным признакам. Что это за признаки? Один из таких признаков можно проиллюстрировать на примере нашей Солнечной системы. На Солнце имеются солнечные пятна. Но их количество на видимом диске Солнца, а также местоположение меняются определенным образом. В течение нескольких лет число пятен увеличивается, затем, по достижении максимума, постепенно также в течение нескольких лет уменьшается до своего минимального значения. С активностью образования пятен на Солнце связывают солнечную активность. Она проявляется в выбросе из Солнца потоков заряженных частиц, состоящих, главным образом из протонов и электронов. Чем больше интенсивность этих потоков, тем больше солнечная активность. Мы не будем здесь в деталях рассматривать все возможные причины циклических изменений в величине солнечной активности. Некоторые из этих причин находятся, несомненно, внутри самого Солнца. Но часть причин, возможно самая основная, находится вне его. Эти причины связаны с движением планет вокруг своей звезды – Солнца, а точнее, с особенностями движения всей единой системы, включающей и звезду, и обращающиеся вокруг нее планеты. Если бы масса всех планет была равномерно распределена вокруг Солнца, то центр тяжести всей Солнечной планетной системы в точности совпадал бы с центром тяжести Солнца. Но поскольку это не так и планеты в результате своего обращения с разными периодами могут сгруппироваться в каком-либо одном или нескольких основных направлениях, то центр массы Солнца не совпадает больше с центром массы всей системы. Изменения в характеристиках движения отдельных планет и Солнца не могут происходить как угодно, а только так, чтобы сохранялся постоянным момент количества движения всей системы как единого целого. Поэтому и происходит сдвиг центра Солнца относительно центра массы всей системы, то есть барицентра. Эти изменения весьма значительные. Они составляют почти 3,5 солнечных радиуса, то есть расстояния только в 16 раз меньше расстояния от Земли до Солнца. Такие перемещения центра массы Солнца относительно барицентра Солнечной системы могут происходить за период, равный примерно 17 годам. Это вычисленное значение смещения. К сожалению, до сих пор не проводились измерения величины этого смещения у Солнца и других звезд. Специалисты считают, что несмотря на трудности таких измерений они возможны в принципе и для проблемы поиска внеземных цивилизаций актуальны. Очевидна их ценность и для окончательного решения вопроса о физической природе солнечной активности.
Можно считать установленным, что динамика планетной системы связана с солнечной циклической активностью. Отсюда следует важный для нашей проблемы вывод: изменение звездной активности может свидетельствовать о наличии вокруг этой звезды планет. В связи с этим на Таллинском симпозиуме обсуждались результаты О. Уилксона, который экспериментально установил, что поток излучения от звезды HD32147 (карлик спектрального типа К5) изменяется во времени. Было получено в этих наблюдениях, что активность этой звезды изменяется с периодом больше 7 лет: в течение примерно двух лет активности увеличивается от минимальной до максимальной, а затем в течение 4-5 лет уменьшается до прежней минимальной величины. О. Уилксон обследовал на активность и другие звезды, как более горячие, так и более холодные. Но оказалось, что ни те, ни другие циклических изменений излучательной активности не проявили. Уилксон опубликовал результаты наблюдений, которые были начаты в 1967 году и продолжались по крайней мере до 1984 года. Он исследовал 91 звезду различных спектральных классов.
Эта проблема требует дальнейшей разработки. Во-первых, надо более полно исследовать влияние планет на солнечную активность, чтобы получить некоторые закономерности, по возможности общие для определенного класса звезд. Во-вторых, надо экспериментально исследовать активность звезд и выделить те звезды, которые могли бы быть зачислены в кандидаты на обладание планетами. После этого уже можно будет обследовать эти планеты на предмет наличия на них цивилизаций. Важным шагом явилась разработка экспериментального (динамического) метода, позволяющего определять собственное движение звезд в пространстве с целью определения смещения центра звезды относительно барицентра системы, о котором говорилось выше. Метод позволяет измерять смещения планет как в направлении к нам, так и от нас (то есть по лучу зрения), а также в перпендикулярной лучу зрения плоскости. Метод позволяет определить смещение звезды, точнее, амплитуду ее колебания вокруг барицентра с угловой точностью 0, 01ҐҐ. Если проводить единичные измерения без длительного накопления сигналов, то эта точность может быть повышена, возможно, даже на порядок. Чтобы выявить колебание звезды относительно барицентра всей системы (звезда плюс планеты), разработан метод, позволяющий измерять малые изменения скорости звезды по лучу зрения порядка 10 м/с. В основу его положен эффект Доплера. Но для достижения большей точности предложена оригинальная калибровка длин волн звездного излучения. Планы по практической реализации этого метода очень большие. По проекту «Орион» (США) планировалось создать специальный наземный звездный интерферометр с базой 55 метров, работающий в оптическом диапазоне, точность измерения на котором должна составить 0,0001ҐҐ, на несколько порядков повысить точность других инструментов, используемых в динамическом методе, а также создать астрономический телескоп на орбите, который должен позволить измерять угловые расстояния с точностью до 0,000001ҐҐ. Если эти планы удастся реализовать, то значительно возрастут возможности исследования планетных систем в Галактике и цивилизаций, которые на них обитают. Как же обстоит дело в принципе с прямым поиском планет в нашей Галактике с помощью уже существующих оптических и радиотелескопов?
Теоретические оценки существования планетных систем у звезд показали, что примерно каждая четвертая звезда в нашей Галактике должна обладать планетной системой. Это значит, что до расстояния от нас в 10 парсек должно существовать примерно 130 планетных систем (всего звезд в этом шаровом объеме примерно 530). Искать планеты можно различными методами. Методы непосредственного обнаружения предполагают регистрацию потока излучения от самой планеты, то есть излучения, которое исходит от звезды, но регистрируются после отражения от планеты. Ясно, что этому измерению будет мешать излучение, приходящее непосредственно от звезды. Оценки потоков этих излучений показали, что выделить излучение от планеты на фоне излучения от самой звезды фотографическим способом можно только в том случае, если планета имеет очень большую массу или, как принято у астрономов говорить, если это планета-гигант. Если же проводить измерение излучения планеты в инфракрасном диапазоне (это излучение собственно планеты) и при этом воспользоваться ситуацией, когда излучение звезды экранировано, то можно получить превышение полезного сигнала над уровнем шумов в 10 раз. При такой ситуации сигнал уверенно регистрируется. Но даже если излучение звезды не будет экранировано, метод измерения излучения звезды в инфракрасном диапазоне на много порядков эффективнее фотографического метода. Практически 4-метровый телескоп, работающий в инфракрасном диапазоне, должен бы зарегистрировать излучение планеты.
Однако здесь имеется очень большое «но». Оно заключается в том, что земная атмосфера практически не позволяет проводить такие измерения в инфракрасном диапазоне с необходимой точностью. Поскольку в атмосфере воздух находится в непрерывном вихревом (турбулентном) движении, то изображение, получаемое лучами, проходящими через такую турбулентную атмосферу, будет непрерывно «дрожать». То есть оно получится нерезким. Размытые изображения, мерцания, вызванные турбулентной атмосферой, ее тепловой шум оказывают влияние на наблюдения в инфракрасном диапазоне. Поэтому угловое разрешение, необходимое для определения местонахождения планет, не достигается. В таких измерениях реально можно получить угловое разрешение не более 1-2ҐҐ. Это очень малое разрешение! Для сравнения скажем, что сейчас в астрономии идет речь уже не об одной угловой секунде, а о ее тысячных долях. Выход из данного положения только один: надо измерения проводить за пределами земной атмосферы, то есть телескоп надо поднимать в космос. При этом также имеются некоторые сложности, в описание деталей которых мы входить не будем. Тем более что специалисты нашли способ от них избавиться. Имеется еще одна возможность вполне надежного определения местонахождения планет в том случае, если проводить измерения за пределами земной атмосферы. Для этого надо использовать не один инфракрасный телескоп, а сразу два, соединенных в общую схему. Включенные соответствующим образом два телескопа составляют вместе интерфейсный космический интерферометр, конструкция которого предложена Брейсуэллом, имеет базу, равную примерно 10 метрам. База интерферометра отстраивается таким образом, чтобы минимум (ноль) в интерференционной картине находился на звезде, а максимум совпадал с планетой. Далее необходимо ось вращения интерферометра направить на звезду. В этом случае сигнал от планеты не может быть постоянным, он будет изменяться с изменением частоты вращения интерферометра. Специалисты говорят, что он будет промодулирован частотой вращения интерферометра. Скорость вращения интерферометра задаем мы сами, поэтому она нам известна с достаточно высокой точностью. Следовательно, мы заранее знаем, какой должна быть модуляция сигнала от звезды. Именно этот факт позволяет надежно обнаружить изменяющийся сигнал от планеты, поскольку он регистрируется на фоне неизменных сигналов от неподвижных звезд.
|
