Космический аппарат NASA обнаружил удивительную планетарную систему, состоящую из трех тел. Одно из них – сверхземля, два других – планеты размером с Нептун. Но что особенно важно, их звезда очень похожа на наше Солнце.

Телескоп-охотник за экзопланетами Кеплер нашел эти три планеты около звезды, получившей название Kepler-18. Она всего на 10% больше Солнца, а ее масса практически соответствует нашему светилу – лишь на 3% меньше. К такому выводу пришли астрономы из Техасского университета в Остине. Кроме того, ученые не ограничивают размер планетарной системы тремя телами. Вполне возможно, их больше, но обнаружить другие планеты пока не удается.

У всех трех планет (они получили имена Kepler-18b, c и d) есть одна проблема. Они находятся к своему солнцу ближе, чем Меркурий к нашему. Ближе всего расположена планета Kepler-18b, ее орбитальный период составляет всего 3.5 дня. Выходит, год там в 100 раз короче, чем на Земле. Она относится к классу сврехземель, имея массу в 6.9 земных и размер, примерно вдвое превышающий нашу планету.

Планета Kepler-18c имеет орбитальный период 7.6 дня, она в 5.5 раза больше Земли, а по массе превышает нашу планету в 17 раз. Для планеты Kepler-18d эти параметры составляют 7 и 16 при орбитальном периоде 14.9 дня. Это относит их к нептуноподобным планетам.

Открытие опубликовано в приложении к Астрофизическому журналу.

Поиск планет

Космический телескоп NASA Кеплер ищет экзопланеты при помощи метода прохода. Его суть заключается в наблюдении за яркостью звезды. Если ее яркость периодически немного убывает, значит, вокруг нее вращается планета, которая периодически затеняет крохотную часть диска звезды. Но этого достаточно для Кеплера. Этим способом были найдены все три планеты около звезды Kepler-18, но особый интерес для астрономов представляют их орбиты.

Kepler-18c делает два оборота вокруг звезды за время, за которое Kepler-18d успевает сделать всего один оборот. Подобные динамические системы, в которых движения различных объектов находятся в резонансе (их периоды вращения относятся как целые числа) особенно интересны для изучения в силу их уникальности и любопытных динамических эффектов. В этом случае странность заключается в том, что обе планеты затеняют свою звезду через нерегулярные промежутки времени.

«Одна слегка запаздывает, тогда как вторая немного спешит, после чего мы наблюдаем оба прохода в правильное время, а потом их роли меняются», – поясняет первый автор публикации Билл Кохран.

Kepler-18c и Kepler-18d, как говорит известный небесный механик В.В. Белецкий, вальсируют на орбитах.

«Это означает, что они взаимодействуют друг с другом, – продолжает Кохран. – Когда они сближаются, то обмениваются энергией, притягивая друг друга».

Подтверждение находки

После того, как Кеплер находит потенциальные экзопланеты при помощи метода прохода, астрономы переключаются на наземные телескопы, чтобы собрать больше данных и различить правду и вымысел: это могут быть ошибки измерений или друге тела, закрывающие звезду.

С планетами Kepler-18c и Kepler-18d все оказалось просто. Их взаимодействие явно говорит о том, что это тела одной планетарной системы, иначе гравитация не оказывала бы такого взаимного влияния на них. С анализом сверхземли Kepler-18b задача была не такой простой.

Астрономы использовали технику, которая так и называется – «подтверждение планеты» (planet validation). Этот подход позволяет оценить вероятность того, что затемняющий звезду объект действительно является планетой. В первую очередь ученые получат снимки окрестности звезды в большом разрешении чтобы поискать на них объекты, которые могли бы вызвать затемнение звезды.

«Мы проанализировали все типы объектов, которые могли бы там быть,– говорит Кохран. Существуют ограничения на объекты, которые могут быть на разных расстояниях от звезды и вызывать затемнение. Существует ничтожная вероятность того, что Kepler-18b – это некоторый объект в окружении звезды, но мы уверены в том, что это планета».

Прямое применение метода показало, что Kepler-18b является планетой с вероятностью, в 700 раз превышающую возможность того, что это другой объект.

Этот метод играет большую роль в нашем поиске внеземной жизни.

«Мы хотим подготовить сообщество астрономов к использованию метода подтверждения планет, – говорит Кохран. – Цель телескопа Кеплер – найти планету размером с Землю в зоне обитания ее звезды, с орбитальным периодом около года. На текущем уровне развития технологии телескопов доказать, что это на самом деле планета, очень сложно. Поэтому когда мы находим что-то, похожее на планету, нам необходимо убедиться в этом, не отбрасывая других возможностей. Нам нужны хорошие статистические методы».

В настоящее время Кеплер обнаружил 1235 кандидатов в экзопланеты, большая часть из них ожидают подтверждения. Ученые оценивают долю планет в этом списке в 80%.