Kepler доказал, что может найти новую Землю

Космический аппарат Kepler отправился на орбиту ровно пять месяцев назад, в марте. Его главная цель -- найти планеты, подобные Земле, кружащиеся вокруг звезд, похожих на Солнце. Ищет он их методом транзитов: когда планета проходит по диску звезды, звезда подмигивает нам -- ее блеск чуть-чуть понижается. Вернее, понижается блеск системы «звезда + планета», поскольку по отдельности их на космических расстояниях увидеть пока не удается.

По сути, Kepler ловит тени, которые планеты отбрасывают в далекий космос. А чтобы надежно говорить об обнаружении планеты, надо, чтобы эта тень трижды скользнула по телескопу -- всегда с одной и той же амплитудой и с неизменным промежутком между звездными миганиями. Для Земли таким периодом является один год -- если, конечно, кто-то, как Kepler, следит за Солнцем из глубин космоса.

Чувствительные испытания

Космический аппарат непрерывно смотрит на одну и ту же площадку звездного неба на границе созвездий Лебедя и Лиры. Каждые полчаса Kepler записывает данные об общем количестве света, накопленные каждым из 95 млн пикселов его ПЗС-матрицы. В поле зрения космического аппарата находится более 170 тыс. звезд-кандидатов, из которых через первые полгода научной работы будет отобрано 100 тыс. наиболее надежных, не подверженных внутренним флуктуациям блеска, которые можно было бы принять за транзитные подмигивания.

Первые же 65 суток полета были посвящены летным испытаниям -- проверке функционирования систем самого космического аппарата, а также тестированию и настройке его научной аппаратуры. Например, чтобы найти планету, подобную земной, аппарат должен измерять блеск с точностью в несколько раз лучшей, чем 0,01%, -- примерно такую часть поверхности нашего светила затеняет Земля, когда проходит по его диску. Расчетная точность Kepler -- 0,002% для самых слабых звезд из числа кандидатов.

Чтобы проверить чувствительность аппарата, астрономы под руководством Уильяма Боруцки из Исследовательского центра NASA имени Эймса проанализировали 10-суточную кривую блеска GSC 03547-01402 -- одной из более чем 50 тыс. звезд, данные о которых были собраны в ходе летных испытаний. Астрономы сосредоточились на ней по той причине, что у нее гарантированно есть планета -- огромный горячий юпитер, открытый в прошлом году. Он обращается вокруг своего солнца за два с небольшим земных дня и является одной из самых горячих планет, известных ученым. Называют эту планету HAT-p-7b -- по имени венгерской сети автоматизированных телескопов (англ. Hungarian Automated Telescope Network), с помощью которой небесное тело и обнаружено.

Стандартный алгоритм Kepler легко вычислил периодические затмения в данных. Однако чести в этом немного: HAT-p-7b -- гигантская планета, которая закрывает почти 0,7% поверхности своей звезды. Чтобы найти ее, не стоило запускать в космос дорогостоящую миссию.

Настоящий успех

По-настоящему порадовал астрономов тот факт, что им удалось разглядеть вторичное затмение -- подмигивание системы «звезда + планета», связанное с покрытием планеты диском звезды. Глубина этого события всего 0,013%, а зафиксировать его Kepler смог с точностью 0,0011%. Это значит, что и планеты вроде Земли у солнцеподобных звезд он сможет столь же уверенно обнаруживать даже на расстоянии тысяч световых лет.

Кроме вторичного затмения в данных очень четко виден и так называемый эффект фазы -- медленное синусоидальное изменение блеска от прохождения планеты по звезде до покрытия звездой планеты. Планета светится отраженным светом, и, если бы у нас был очень мощный телескоп, мы смогли бы разглядеть, как при движении вокруг светила меняются ее фазы. Так меняются фазы Луны при движении вокруг Земли или Венеры, кружащейся вокруг Солнца.

Ярче всего планета перед покрытием, когда мы видим освещенным почти весь ее диск. Темнее всего -- во время прохождения по диску, когда она повернута к нам своей неосвещенной стороной. Измеренная амплитуда эффекта составила около 0,012%, или примерно 93% от глубины вторичного затмения. Иначе говоря, непосредственно перед прохождением планеты по диску звезды мы видим тоненький серпик толщиной 8% планетного радиуса.

Подробный астрофизический анализ полученных данных еще впереди, но первые выводы астрономы уже сделали в коротком сообщении, опубликованном в последнем номере Science. Судя по всему, атмосфера HAT-p-7b очень эффективно поглощает свет и в ней не дуют очень сильные ветры. В противном случае раскаленный газ перемещался бы по всему небесному телу и его ночная сторона светилась бы почти так же ярко, как и дневная, а эффект фазы был бы куда менее заметен.

«Земель» придется подождать

Чтобы выполнить свою основную миссию, Kepler потребуется минимум два, а скорее даже три года наблюдений. Выводов астрономы не будут делать до тех пор, пока не увидят три одинаковых периодических подмигивания. Для планет вроде Земли в обитаемой зоне звезд вроде Солнца для этого нужно два-три года. Именно столько нам придется подождать до открытия новых «земель».

Сколько всего Kepler их найдет, пока никто сказать не может. Максимум, на что мы можем рассчитывать, -- несколько сотен. Если у всех звезд-кандидатов имеются планетные системы вроде нашей, то лишь у нескольких сотен они будут ориентированы так, чтобы тень «земель» проскальзывала по нашей планетной системе.

Ну а минимум, естественно, ноль. Но если такое случится, винить в этом аппаратуру Kepler не придется -- как показывают данные по HAT-p-7b, найти «земли» ему вполне под силу.