лучевая скорость

Астрономы ловят далёкие планеты по дрожи их звёзд: невидимый спутник тянет звезду то к нам, то от нас, и свет её слегка меняет окраску. Но эта дрожь сообщает лишь половину правды. Если орбита планеты наклонена к лучу зрения, раскачивается только часть её веса — и в телескоп видна не настоящая масса, а её тень. Переводчик отвлекается на каждый шорох в зале — и час совещания превращается в два.

Когда далёкая планета проходит перед своей звездой, она ненадолго заслоняет часть света. Астрономы называют это прохождением и по глубине провала судят о размере планеты. Но у света есть свойство: массивное тело работает как линза. Даже планета-гигант способна слегка искривить лучи звезды — и провал становится чуть менее глубоким, чем можно было бы ожидать.

Прожектор бьёт прямо в глаза, а в паре шагов от него мерцает крошечный светлячок. Примерно так выглядит охота за землеподобной планетой у соседней звезды: планета в сто миллионов — десять миллиардов раз тусклее своей звезды, и на небе они почти сливаются в одну точку. Свет звезды забивает слабый планетный отблеск, делая обычные телескопы беспомощными.

В тихой обсерватории спектрограф ловит свет далёкой звезды. Прибор раскладывает его на радугу — спектр. Линии в спектре чуть смещаются туда-сюда: звезду покачивает невидимая планета. Чтобы заметить это смещение, астрономы сравнивают спектр с эталоном — «портретом» звезды, собранным из многих наблюдений. Один из способов сравнения — метод производной.

Когда две нейтронные звезды кружатся друг вокруг друга, их тела не остаются жёсткими шарами. Гравитация партнёра растягивает каждую звезду, создавая приливные горбы — примерно как Луна поднимает воду в океанах Земли. Но в отличие от воды, здесь деформируется сверхплотная материя: чайная ложка такого вещества весит миллиарды тонн.

В 460 световых годах от нас, вокруг звезды HD 135344B, кружит плотный газопылевой диск. Он похож на гигантскую грампластинку, которую кто-то надломил: в диске зияет разрыв, а через него, словно тонкий мост, тянется пылевая нить. Рядом с этой нитью в рассеянном свете заметна закрутка — изгиб спирального рукава, будто его на мгновение придержали, а потом отпустили.

Планета размером с Нептун подошла слишком близко к своей звезде. Звезда начинает перетягивать на себя верхние слои планеты — газ стекает с неё, как вода из переполненного ведра. Этот процесс называют перетеканием через полость Роша (так астрономы обозначают границу, за которой звезда уже может отрывать вещество от планеты).

Представьте трёхликого танцора на гребне световой волны. Один лик — ловец, вбирающий падающие фотоны. Второй — идеальное зеркало, бросающее свет обратно. Третий — матовое стекло, рассеивающее лучи во все стороны. Пока скорость мала, танец слажен. Но на околосветовых скоростях хореография ломается. Это похоже на сёрфера, догоняющего волну. Поначалу вода мощно толкает вперёд.

Кривая блеска звезды — не хаотический шум, а текст, написанный пульсациями, пятнами и равномерным сиянием термоядерной топки. Любая планета, скользнувшая по диску, оставляет в этом тексте опечатку: крошечный провал яркости, длящийся часы. Классические методы поиска экзопланет требовали, чтобы опечатка повторялась — слово за словом, виток за витком.

Когда планета заходит за край своей звезды, светило подсвечивает её атмосферу — точь-в-точь как закатное солнце высвечивает облака над горизонтом. Этот краткий миг, длящийся считаные минуты, несёт в себе отпечаток газов, через которые прошёл звёздный свет.

Первую экзопланету — мир за пределами Солнечной системы — открыли у крайне необычного космического маяка: нейтронной звезды, проявляющей себя как пульсар экзопланета нейтронная звезда. Нейтронные звёзды — это сверхплотные остатки погибших светил, сжатые до поперечника в десяток километров.

На высоте около 70 километров расположена ионосфера — разреженный слой атмосферы, ионизированный солнечным излучением. Для радиоволн она работает как гигантское зеркало: наземные антенны постоянно излучают сигнал вверх и принимают его отражение.

Пара фигуристов кружится, держась за руки. Если траектория — идеальный круг, каждый толчок партнёра предсказуем. Но стоит вытянуть её в овал, и усилия становятся неравномерными: на сближении рывок, на отдалении затишье. Примерно так же ведут себя две чёрные дыры в последние минуты перед слиянием.

Гало нашей Галактики — это огромное разреженное облако из старых звёзд, окутывающее знакомый нам диск. Оно хранит историю о том, как Млечный Путь рос, поглощая соседние карликовые галактики.

Радиосигнал летит от Марса к Земле, но по дороге ему приходится пробираться сквозь невидимый «ветер» из заряженных частиц, который дует от Солнца. Этот ветер, как рябь на воде, слегка искажает радиоволны. В октябре 2021 года китайский зонд «Тяньвэнь-1» оказался за Солнцем, и его сигнал прошёл всего в 4,5 радиусах нашего светила — там, где ветер особенно плотный.

Звезда GJ 436 — тусклый красный карлик, а вокруг неё ходит планета размером с Нептун, но по орбите, наклонённой почти вертикально. Астрономы 18 лет снимали спектр этой звезды, чтобы следить за её пятнами и вспышками. И вдруг в данных проступил ритм, который не совпадал ни с вращением звезды, ни с её 8-летним циклом активности.

Учёные ищут планеты у далёких звёзд по лёгкому покачиванию звезды: планета тянет её к себе, и свет звезды то чуть синеет, то краснеет. Но у звёзд есть и собственная рябь — тёмные пятна и яркие факелы на поверхности. Они тоже двигают свет, и отличить их от планеты трудно. Солнце — единственная звезда, у которой эти пятна видно в деталях.

Радиоволны, проходя сквозь солнечную корону — внешнюю оболочку Солнца, — искажаются точно так же, как дрожит воздух над раскалённым асфальтом. Это марево вызвано бурлящими потоками заряженных частиц — солнечным ветром.

Космический телескоп Gaia измеряет положения звёзд с точностью до микросекунды дуги — как если бы с Земли разглядели монету на Луне. В 2022 году он заметил, что яркая звезда HD 12800 слегка покачивается, будто её тянет невидимый спутник. Астрономы предположили: вокруг звезды кружит планета. Но покачивание может обмануть.

Шесть лет подряд телескоп HARPS-N на острове Ла-Пальма смотрел на Солнце как на чужую звезду — снимал спектры, следил за яркостью, записывал каждое дрожание линий. Всё это нужно, чтобы понять, как отличить слабое качание звезды от настоящего сигнала планеты. Звезда не стоит на месте: её поверхность кипит, как кастрюля с супом. Всплывают горячие пузыри, появляются пятна, меняется магнитное поле.

Звезда вроде Солнца гудит, как колокол: внутри неё звуковые волны заставляют поверхность едва заметно дрожать. По этой дрожи астрономы, словно врачи по пульсу, судят о температуре, плотности и возрасте звезды. Но телескоп «Кеплер» заметил странность: у многих звёзд, которые крутятся быстро и покрыты пятнами, дрожи не слышно. Будто у них пропал голос.

Космический телескоп Gaia измерил, насколько быстро крутятся более ста тысяч звёзд. Оказалось, что скорость вращения зависит от температуры звезды. У звёзд холоднее 6500 градусов поверхность движется со скоростью 10–20 километров в секунду. Но стоит звезде стать горячее, как скорость резко подскакивает до 100 километров в секунду.

Молодая звезда напоминает многослойный волчок: её внешние слои вращаются медленнее, а внутренние — быстрее. Это явление называют дифференциальным вращением. Магнитное поле здесь — как прочные нити, связывающие эти слои. Когда скорости разные, нити начинают скручиваться и натягиваться всё сильнее.

Объектив этой камеры не превышает размером пятирублёвую монету — подобные оптические системы обычно встраивают в смартфоны. Здесь же миниатюрный инструмент был установлен на борту зонда «Хаябуса-2» и изначально предназначался для навигации при посадках на астероид Рюгу.