Экзопланеты astro-ph.EP

Над тропической частью Тихого океана давление воздуха дышит с периодами от двух до четырнадцати лет. Барометр на Таити поднимается, а в австралийском Дарвине падает, и весь климат планеты вздрагивает: наступает Эль-Ниньо.

В 2019 году на севере и юго-западе Ирана выпало на 50% больше осадков, чем обычно, и реки вышли из берегов. Годом раньше, в 2018-м, дождей было на 53% меньше нормы, и поля трескались от засухи. Такие качели — не случайность, а отклик на три далёких океанических пульса, которые задают ритм иранским дождям.

Пустыня Атакама на севере Чили — самое сухое неполярное место на Земле. Здесь небо почти всегда ясное, а воздух настолько лишён влаги, что даже далёкие галактики видны без помех. Именно поэтому на плато Чахнантор, на высоте пяти километров, стоят радиотелескопы, которым водяной пар мешает сильнее всего. Но даже в таком идеальном месте есть свой «дирижёр погоды» — тихоокеанский цикл Эль-Ниньо.

Три планеты в системе Kepler-51 давно интриговали астрономов: по размерам они напоминают Сатурн, но их плотность ниже плотности воды. Эти «сверхпухлые» миры, с массами не более десяти земных, будто космические одуванчики — массивные, но почти невесомые. Их орбиты выстроены, как музыканты в оркестре, каждый играет свою партию, отбивая ритм транзитами.

В августе 2024 года коронограф MIRI на телескопе Джеймс Уэбб смотрел на Альфу Центавра A — ближайшую к Солнцу звезду солнечного типа. На расстоянии 1,5 угловой секунды от звезды вспыхнул точечный источник S1. Поток 3,5 мДж, контраст 5,5×10⁻⁵. Четыре–шесть сигм. Маяк мигнул в тумане. Но в феврале и апреле 2025 года источник не вернулся.

Волчок, наклонённый над столом, вокруг которого кружится пылевой блин. Так выглядит молодая звёздная система, где ось вращения звезды и плоскость протопланетного диска не совпадают. До недавнего времени астрономы не знали, насколько часто встречается такая картина в природе. Теперь ответ получен: примерно каждая третья солнцеподобная звезда рождается с перекошенным диском.

Вода — золотой стандарт жизни. Мы ищем её следы на Марсе, в ледяных лунах, в атмосферах далёких планет. Но что, если жизнь не нуждается в воде? На тёплой каменистой экзопланете с тонкой атмосферой вода испарилась бы за считанные часы. А вот ионная жидкость — соль, жидкая при обычных температурах — останется.

Три тела, притягивающие друг друга по закону всемирного тяготения, — задача, перед которой математика пасует уже три столетия. После Пуанкаре стало ясно: общего решения не существует, а траектории хаотичны. Но внутри этого хаоса есть островки порядка — периодические орбиты, где движение повторяется.

Каждые несколько часов из пустыни Мохаве, из-под Мадрида и из-под Канберры в небо уходят узкие лучи радиоволн. Это NASA Deep Space Network — три комплекса антенн, которые держат связь с аппаратами по всей Солнечной системе. За двадцать лет они накопили 92,5 антенна-года непрерывных передач. Если бы одна антенна вещала без остановки, ей понадобился бы почти век.

В самом сердце молекулярного облака, где температура падает до 10–20 кельвинов, а плотность газа достигает миллиона частиц на кубический сантиметр, царит ледяная тень. Там, вдали от света звёзд, на поверхности пылинок намерзает вода, углекислый газ и другие молекулы.

Четыре часа пятьдесят восемь минут. С таким ритмом, как метроном, нечто проходит перед белым карликом ZTF J1944+4557, заставляя его свет меркнуть на треть, а иногда почти наполовину. Этот белый карлик — компактный остаток звезды после выгорания топлива — находится в созвездии Лебедя, и его пульс нестабилен: транзиты то углубляются, то пропадают вовсе.

В 2022 году телескоп Subaru сфотографировал точку света в 100 астрономических единицах от звезды AB Возничего. Точку назвали планетой AB Aur b, но споры не утихали: что именно светится — сама планета или пыль вокруг неё? Теперь спектрограф MUSE на Очень Большом Телескопе разложил этот свет по длинам волн, и в линии водорода Hα проступила подпись падающего газа.

Дневная сторона планеты WASP-121b раскалена до 2358 кельвинов — это горячее, чем поверхность многих звёзд. Здесь, в вечном свете, атмосфера не просто кипит: она плавит горные породы и превращает их в газ. Но не весь газ остаётся газом. Часть его конденсируется в облака, и эти облака прячут в себе титан, как ловушка прячет зверя.

Ветер, дующий против вращения планеты, раздувает углеродную кузницу. Так выглядит атмосфера объекта PSR J2322-2650b — юпитероподобного компаньона миллисекундного пульсара. Два ноябрьских вечера 2024 года космический телескоп «Джеймс Уэбб» следил за этой системой, снимая спектр в диапазоне от 0,6 до 5,3 микрометра.

36 дней над Индийским океаном бушевал тропический циклон Фредди — самый долгоживущий в истории наблюдений. Метеорологи следили за ним со спутников, с самолётов, с наземных станций. Но одна деталь ускользала от всех приборов: точная плотность воздуха в глубине вихря. А именно она определяет, куда циклон повернёт завтра.

Луна хранит тайну, которая десятилетиями не давала покоя планетологам: её изотопный состав почти неотличим от земного. По канонической модели гигантского столкновения, Луна должна была унаследовать большую часть вещества от ударника Тейи — планеты размером с Марс, врезавшейся в молодую Землю.

Молодой субнептун — это скороварка, в которой водород и камень варятся в одном котле. Шесть масс Земли, три процента водорода по массе, температура в недрах выше 4000 К. При таком жаре силикатный расплав и водород не просто соседствуют: они полностью смешиваются, образуя единую сверхкритическую жидкость. Никакой границы между ядром и оболочкой нет.

В 2023 году телескоп Джеймса Уэбба направил свой взор на далёкую звезду в созвездии Девы. Вокруг неё обращается планета HAT-P-26 b — тёплый Нептун, мир с массой 18,6 земных и радиусом 6,33 земных. Планета прошла перед диском звезды, и в этот момент её атмосфера на мгновение стала видимой.

Сверхгорячая суперземля TOI-561 b делает полный оборот вокруг своей звезды за 10,7 часа. Это раскалённый каменный шар, прижатый к звезде так близко, что его дневная сторона должна раскаляться до 2950 К — температуры, при которой плавятся многие минералы.

Коричневые карлики — объекты, занимающие промежуточное положение между планетами и звёздами: они массивнее планет, но недостаточно тяжелы, чтобы запустить устойчивый термоядерный синтез в ядре.

Астрономы долго не могли объяснить, почему в «пустыне горячих нептунов» — области вплотную к звёздам — почти нет планет размером с Нептун. Считалось, что в такой близости к звезде атмосфера неизбежно испаряется, оставляя лишь голое каменное ядро.

С помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» — самого мощного инструмента для наблюдений в инфракрасном диапазоне — астрономы заглянули в космическую гримёрку и увидели, как меняются кольца астероида Харикло.

У многих планет, обращающихся вокруг других звёзд — экзопланет — орбиты вытянуты, словно эллипсы. При каждом сближении со звездой её гравитация сжимает и растягивает планету, будто месит тесто: это явление называется приливным разогревом. Трение в недрах порождает колоссальное тепло, которое плавит горные породы, создавая обширные подземные океаны магмы.

Экзопланета WASP-121b обращается настолько близко к своей звезде, что экстремальный жар заставляет её газовую оболочку испаряться и истекать в пространство, подобно хвостам кометы.

Космический телескоп TESS, чья основная миссия — поиск экзопланет, то есть планет у других звёзд, зафиксировал 24 кратковременных падения блеска звезды RZ Psc. Эти тускнения вызваны не планетами, а кометами — ледяными глыбами поперечником от 1 до 7 километров, проходившими по диску звезды.

Луна способна обладать собственным крошечным спутником — сублуной, образуя космическую «матрёшку»: планета, её луна и луна луны. Ньютон установил, что все тела притягиваются, и гравитация удерживает их на орбитах.

Только пройдя на фоне далёкой звезды — событие, называемое покрытием, — Хирон раскрыл свой секрет. Когда тень этого 200-километрового тела упала на телескопы, звезда трижды «подмигнула»: её свет на мгновение блокировали три узких ледяных обруча.

Хвост кометы 3I/ATLAS, растянутый на миллионы километров, представляет собой разреженную смесь газа и микроскопических пылинок. В конце октября 2025 года сквозь него пройдут два земных аппарата — Europa Clipper и Hera. Любопытно, что ни один из них не проектировали для встречи с кометой: Clipper направляется к спутнику Юпитера, Hera — к астероиду.

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.

Ещё в XVIII веке Уильям Гершель, знаменитый астроном и открыватель Урана, искал признаки жизни на Марсе. Сегодня астрономы целятся не столько в планеты, сколько в артефакты — гипотетические зонды пришельцев, которые могут скрываться в Солнечной системе.

В бескрайней тьме межзвёздного пространства планета-скиталец WISE 0855 мерцает едва заметным тепловым огоньком, словно остывающий уголёк. Её температура лишь на десяток градусов выше точки замерзания воды — будь там жизнь, она бы видела небо без солнца, в вечном ледяном тумане.

Химический состав пробы можно представить как акустический ландшафт. Живой лес наполнен многоголосьем: птичий щебет, шорох листвы, гул насекомых — это богатый, сложный звуковой пейзаж. Бесплодная пустыня, напротив, рождает лишь монотонный свист ветра.

Сразу после формирования Луны Земля представляла собой раскалённый вращающийся шар из расплавленной породы — магматический океан, окутанный плотной атмосферой из газов. Луна, находясь на близкой орбите, действовала как гигантская гравитационная «мешалка»: её приливное воздействие вызывало постоянные деформации жидкой Земли.

Самый распространённый тип планет в нашей Галактике — каменные миры у других звёзд, или экзопланеты, окутанные простейшим газом — водородом. Долгое время их внутреннее устройство оставалось загадкой, пока учёные не воспроизвели условия недр в лабораторном эксперименте.

Гравитация планеты ритмично сжимает и разминает луну, как тесто: от этого постоянного «замеса» недра разогреваются, и под ледяной корой могут подолгу сохраняться океаны воды. В Галактике полным-полно планет-бродяг — так называют свободно плавающие планеты, выброшенные из своих систем…

Луна — не просто безжизненный каменный шар, а естественный гравитационно-волновой резонатор, подобный гигантскому колоколу. Проходя сквозь неё, гравитационные волны — рябь в ткани пространства-времени — вызывают слабые, почти неуловимые колебания всей лунной массы.

Среди экзопланет часто встречаются субнептуны — миры чуть меньше Нептуна. Их открывают транзитным методом (по затенению звезды), пионером которого был Уильям Боруцки.

Жизнь на Земле стартовала с молекул, напоминающих природный солнцезащитный крем, — на основе углерода они поглощали мягкий ультрафиолет молодого Солнца и превращали его в тепло.

Расписание автобусов имеет свойство дрейфовать: не сверишься вовремя — рискуешь пропустить рейс. У планет, обращающихся вокруг иных звёзд, та же проблема — моменты их прохождений по диску светила постепенно сдвигаются. Проект ExoClock объединил 30 000 наблюдений, выполненных с поверхности Земли и из космоса, чтобы уточнить расписание для 620 экзопланет — планет за пределами Солнечной системы.

Охота за экзолунами — поиск спутников у планет иных звёзд — напоминает наблюдение теней в театре, где прожектор то гаснет, то вспыхивает. Планета Kepler-167e, газовый гигант, обращающийся вокруг раскалённой звезды, была открыта Уильямом Боруцки и его командой.