Об открытии планет

Как известно, человечество больно. Болезни разные. Одна из них - страстное параноидальное желание найти братьев по разуму во Вселенной. Считается, что одним из доказательств существования внеземных цивилизаций является наличие во Вселенной планет. Вот если есть планеты - значит есть и цивилизации. Конечно, более развитые чем мы.

И вот если ты хочешь поставить на уши все человечество, то открой планету. А прославиться хотят многие. И денег заработать. И вот мы слышим: "Сенсация, сенсация!!! Ученые нашли ПЛАНЕТУ!!!!".

Давайте немножко разберемся. Вот мы слышим:

"Любители астрономии находят планету. Международная группа профессионалов и любительских астрономов, используя простое оборудование, имеющееся в наличии, закинули первый "трал в небеса", чтобы найти планету вне нашей Солнечной системы, который оказался успешным. Астрономы обнаружили планету размером с Юпитер, совершающую регулярное движение по орбите вокруг звезды, похожей на Солнце, удаленную от нас на расстояние в 600 световых лет от Земли в созвездии Северной короны."

Или:

"Открыты новые планеты вне Солнечной системы.
Астрономы сделали еще один важный шаг в своих поисках другой жизни во Вселенной, открыв две новые планеты, вокруг далеких звезд. По размерам они не превышают Сатурн (вторая по величине планета в Солнечной системе). Впервые ученые зарегистрировали объект меньше Юпитера, самой крупной из известных планет. За последние 8 лет за пределами нашей Солнечной системы было открыто 30 планет, все они размером с Юпитера и представляющие собой "газовые гиганты", на которых невозможна жизнь. Последнее открытие позволяет надеяться, что недалеко то время, когда будет возможно регистрировать планеты в 300 раз меньше Юпитера, т.е. размером с Земли, на которой возможно развитие жизни."

Ссылок не делаю. Задайте запрос в поисковике и найдете сколько угодно такой информации.

Первый вывод напрашивается тот, что речь идет не о планетах подобных Земле, а о совсем других объектах. А именно, о неких сравнительно малых компонентах звездных систем. Чаще всего об газовых шарах, размеры которых недостаточны для того, чтобы возникла реакция ядерного синтеза. В определенном смысле их можно называть планетами, но какого либо отношения к гипотетическим внеземным цивилизациям они не имеют.

К сожалению, ни одной планеты подобной Земле вне Солнечной системы пока не обнаружено.

А может ли быть обнаружено? Современные средства астрономии, в частности телескопы, не позволяют не только увидеть такие маленькие и темные объекты как планеты типа Земля, но даже не позволяют разрешать (то есть увидеть не в виде математической точки, а в виде диска) звезды. Пока с трудом удалось разрешить только Бетельгейзе и Миру.

Бетельгейзе	Мира

 Поэтому методы обнаружения планет не могу быть прямыми. Они косвенные.

 Рассмотрим, какие методы обнаружения мы можем использовать. Прежде всего, эти методы пока могут быть реализованы в области наблюдательной астрономии в оптическом диапазоне. Таких методов два:

1. Метод покрытия, или Транзит. Суть метода состоит в том, что если плоскость вращения планеты совпадает с плоскостью на которой находятся наблюдатель и интересующая звезда, то при вращении планеты вокруг звезды она проходит (покрывает) диск звезды. При этом, яркость звезды уменьшается. Ясно, что учитывая редкость планет как таковых, вероятность того, что плоскость вращения планеты для нас удачна, уменьшает вероятность обнаружения в сотни раз.

Подсчитаем, насколько уменьшиться яркость звезды при покрытии в условиях, что звезда подобна Солнцу, а планета подобна Земле.

Радиус Солнца R = 696 000 км.  Экваториальный радиус Земли равен 6378,16 км.
Тогда видимая площадь звезды S^з равна π×R² . Или примерно 1500000000000 км² .
Площади покрытия планетой S^п примерно равна: 120000000 км² .
Их соотношение S^п /S^з примерно равно 120000000/1500000000000, или = 0,00008. В процентах - 0,008%.

Зафиксировать изменение яркости некоей звезды, в течение нескольких часов за некий период примерно в год, на тысячные доли процента сама по себе задача невероятно трудная. При этом надо иметь в виду, что яркость звезды и сама по себе не постоянна, за счет звёздной (солнечной) активности (Universe and us), которая может составлять как раз сотые доли процента. Кроме того здесь будет масса методических и инструментальных погрешностей.

Изображение Солнца снятое в Московском планетарии. Слева видны протуберанцы. В центре телескоп. Снято Григоренко Сергеем. Видно, что свечение протуберанцев достаточно значительно, чтобы изменить яркость звезды, что делает метод покрытий, при поиске экзопланет сравнимых с размером Земли, неэффективным, поскольку изменения яркости звезды за счёт протуберанцев и солнечных пятен  значительно больше, чем за счёт прохождения Земли по диску Солнца. Экваториальный радиус Земли 6378 км. Радиус Солнца 696 000 км. Примерно в сто раз больше радиуса Земли. Таким образом, изменения яркости звёзд имеет случайный характер полностью маскирующее возможное изменение яркости звезды за счёт покрытия земноподобными планетами. Справа прохождение Венеры по диску Солнца. Транзит, как называют его астрономы, случается примерно два раза в 120 лет. Его можно было увидеть в 2004 году. Однако я наблюдал его через самодельный очковый телескоп ещё в детстве, где то в 64-м году. Видно, что размер пятна от Венеры сравним с солнечными пятнами. Спрашивается, как можно уверенно говорить, что весьма незначительное изменение яркости звезды связано с транзитом экзопланет? И как можно определять параметры, когда транзит может проходить и посредине, и по краю диска звезды? Также как транзит Венеры можно видеть только раз в 60 лет, при обращении её вокруг солнца около 250 суток. То есть отловить повторный транзит почти невозможно. Время транзита может быть близким повороту на 180 градусов звезды и тогда транзит от пятна на звезде не отличишь.

2. Метод отклонения центра массы звезды. Метод основан на том, что планета, вращаясь вокруг звезды, отклоняет центр её массы от среднего положения.

Сначала подсчитаем, насколько планета по массе равная массе Земли может отклонить звезду размером с Солнце. Масса Солнца - 1,99 ×10³³ г. Масса Земли - 5,98 ×10²⁷ г. Их соотношение примерно равно 3×10^-6 . Отсюда можно сделать вывод, что отклонение центра массы звезды от центра массы системы звезды с планетой составит три миллионных от расстояния между звездой и планетой. Если это расстояние будет как у Солнца и Земли (150 мил. километров), то отклонение центра массы Солнца в течение года составит примерно 50 километров. Что соответствует 7 ×10^-5  от радиуса звезды, или опять же сотые доли процента.

Естественно, что заметить такие отклонения звезды, которую мы видим в виде точки вряд ли возможно. Кроме того, в зависимости от ориентации плоскости вращения планеты, направления отклонения непредсказуемы. Смещение небесных координат светящейся точки может быть объяснено смещением центра яркости звезды относительно её центра масс за счет процессов в фотосфере. Всякие там протуберанцы и прочее. Кроме того, есть, естественно, всякого рода методические и инструментальные погрешности. Таким образом, и этот метод не работает.

Есть некоторые идеи использования спектрального анализа, объединения некоторого количества телескопов в одну систему и т. д. Но подробный анализ и этих методов показывает, что надежного поиска планет подобных Земле и они не дают.

Протуберанцы могут достигать огромных размеров. При этом они вращаются вместе со звездой и их линейная скорость может давать ощутимые смещения спектра частоты излучения звезды, что делает спектрометры неэффективными с точки зрения поиска земноподобных планет.

Важно иметь в виду также то, что процесс формирования планетной системы таков, что образуются одновременно ряд планет. Их суммарное воздействие на звезду приводит к тому, что колебания центра массы звезды имеет значительно меньшее значение и весьма сложную, практически непредсказуемую закономерность. То же можно сказать и относительно покрытий.

Надо еще вспомнить и то, что межзвездные пространства нашей Галактики наполнены газом и пылью. Поэтому мы не можем обозревать всю Галактику. Мы не видим даже центра её. Так, ближайшие окрестности в несколько тысяч световых лет. Диаметр нашей Галактики оценивается примерно в сто тысяч световых лет. Поэтому, если Вам скажут, что обнаружили планету на расстоянии в 30 тысяч световых лет, можете плюнуть лгунам в глаза.

В последнее время подняли всепланетный шум по поводу некоей планеты Глизе.  Почитайте статью по ссылке. Создаётся впечатление, что эту планету не только открыли, но уже и побывали на ней, и увидели моря и континенты, и рогатых слонов и уже начали перепись инопланетян. Оказывается, что там даже не одна а целых шесть планет и уже вовсю работают художники красочно разрисовывая планетную систему Глизе.

Ну а что же на самом деле. Всё пошло от Европейской Южной Обсерватории (ESO). У них есть обсерватория Ла Силла в Чили. Там телескоп  с зеркалом 3,5 метра диаметром. К нему они присоединили спектрометр. Спектрометр особой чувствительности, который, как они пишут, может измерять изменение скорости до одного метра в секунду. Штука сложная. Называется HARPS - High Accuracy Radial velocity Planet Searcher. В переводе означает Высокоточный радиально скоростной искатель планет. Здесь (http://www.eso.org/sci/facilities/lasilla/instruments/harps/inst/description.html) описание устройства. Идея такова. Если есть у звезды планета, и плоскость её вращения близка к плоскости наблюдателя, то звезда будет то приближаться к нам, то отдалятся. При этом, соответственно радиальная скорость (по направлению к наблюдателю) будет меняться, а соответственно смещаться, в соответствии с эффектом Доплера, спектр звезды, то есть меняться все её частоты.

И вот начали исследования. В том числе и Глизе 581 (Gliese 581, Вольф 562, Wolf 562) — красный карлик, расположенный в созвездии Весов, в 20,4 св. лет от Земли. И действительно обнаружили, что спектр таки меняется. Вот один из многих графиков:

И вот на основании этих графиков и заявлено об открытии планет. Отметим первое. Очень большие погрешности. Судя по рисунку около 10%. Второе, процесс не строго синусоидально-колебательный. Если бы это была чёткая синусоида, то речь могла бы быть об одной только планете. Но заявлено, что их уже там шесть. То есть это число можно получить только разложением функции на отдельные спектральные  составляющие. А при показанной погрешности функции можно и вовсе получить сколько угодно планет и их комбинаций. А следовательно открывателями планет получена сложная иррегулярная функция и не более того. Она свидетельствует о том, что усреднённая излучающая поверхность звезды, хромосфера или её отдельные области к нам иногда как бы приближаются. Но это могут быть всего лишь регулярные выбросы вещества звезды - протуберанцы или что-то подобное. Возможны и другие объяснения, с которыми пусть разбираются специалисты.

Прикинем возможную радиальную скорость сдвига звезды, за счёт отклонения планетой. На примере нашего Солнца и Земли, выше мы показали, что отклонение может быть порядка 50 км за год. Год это 365*24*60*60 секунд. Или 31536000 секунд. Разделим 50000 метров на 31536000. Это будет 0,016 м/с. Заявленная чувствительность спектрометра - до 1 м/с. Таким образом, обнаружить объект аналогичный нашей Земле HARPS не сможет. А потому и открытие планеты подобной Земле у объекта Глизе 581 есть просто ложь. Особенно эта ложь приобретает вид наглой, если учесть, что планета подобная нашей должна являться частью планетной системы. Тогда скорость отклонения центра массы звезды становится суммой воздействий всех планет, а потому и скорости станут меньше, и кривая её станет совершенно иррегулярной и непредсказуемой. Тогда чувствительность спектрометра должна быть увеличена в тысячу раз. Но при этом процессы нестабильности в хромосфере будут полностью маскировать отклонения звезды за счёт гипотетических планет. То же можно сказать и тогда, когда метод определения радиальной скорости используется для подтверждения транзита планеты, с целью отфильтровать эффект солнечных пятен.

Большая работа в этом вопросе проведена по программе «Кеплер» — астрономический спутник НАСА, оснащённый сверхчувствительным фотометром, специально предназначенный для поиска экзопланет подобных Земле. Зафиксировано уже около 250 кандидатов на роль экзопланет. Около десятка тянут на планеты подобные Земле. Пишут, что измерения подтверждались и спектрометром. Метод транзита фиксирует величину снижение яркости звезды, что определяет размер экзопланеты, и время снижения яркости, что позволяет определить скорость движения экзопланеты. Спектральный метод по радиальной скорости смещения звезды позволяет оценить массу планеты. Здесь список кандидатов на экзопланеты. Из него видно, что подтверждены на 22 августа 2012 года только 25. Из них по массе наименьшие: 2.3, 4.3, 4.56 от массы Земли. Выше мы показали, что и изменение яркости звезды, и её радиальной скорости для планет аналогичных Земле находятся за пределами методической погрешности. А потому заявленные параметры настолько приблизительны, что ещё не факт что они на самом деле таковы. Кроме того, находятся эти экзопланеты в месте для жизни не пригодном. Так что пока гора родила мышь. Источники: http://exoplanets.org/, http://kepler.nasa.gov/.

Со всей научной обстоятельностью можно сказать, что есть сведения о том, что зафиксированы явления слабой пульсации яркости или частотного спектра звёзд невыясненной природы. Такого рода пульсации могут моделироваться рядом физических процессов, как нестабильностью фотосферы, так и наличием малоразмерных спутников. Такими спутниками могут быть: звёзды меньшей массы (в 13 раз больше Юпитера - коричневые карлики), газовые планеты, образовавшиеся в процессе образования звезды при условиях быстрого вращения  порождающего звёзды облака и разделения его на кольца. Образование спутника звезды за счёт отделения части звезды при её быстром вращении и сжатии. Могут также быть выбросы вещества звезды на поздних этапах её жизни.

Кроме того, есть данные о таких пульсациях, при которых процесс может моделироваться планетой, сравнимой с Землёй. Эти данные получены в условиях недопустимо больших методических и инструментальных погрешностей и требуют многократного и методически разнообразного подтверждения, прежде чем стать фактом.  Факт обнаружения таких объектов требует объяснения способов их образования. В частности - плотных железо-каменных планет. Пока теории их образования нет. Есть только неподтверждённые гипотезы. Поэтому утверждение энтузиастов поиска инопланетян, в том числе и авторов проектов типа Кеплер, об открытии земноподобных планет пока не более чем фантазия.

Когда говорят о подтверждении открытий планет, то поскольку и Кеплер и  HARPS имеют умопомрачительную точность и сравнимых по точности других средств не заявлено, то подтвердить открытия экзопланет собственно нечем. Как некоторые пишут, на это может потребоваться лет пятьдесят.

Долго я ждал, а что таки скажут по этому поводу Российские учёные. Наконец дождался: 26.10.12  Программа ACADEMIA на канале Культура. Спецкурс "Парад планет". Лев Зеленый. "Экзопланеты" Уникальна ли жизнь на Земле или во Вселенной существует множество обитаемых миров? Открытие более 700 планет вблизи звезд, удаленных от нас на десятки и даже сотни световых лет позволяет по-новому взглянуть на этот вечный вопрос, волновавший еще Аристотеля и Эпикура. В лекции академика РАН, директора ИКИ РАН Зеленого Льва Матвеевича рассказывается о том, как ученые находят экзопланеты (метод транзитов и метод лучевых скоростей), о разных типах экзопланет (горячие Юпитеры, Нептуны, Супер Земли), особенностях их орбит и возможных критериях их обитаемости. Исследование внесолнечных планетных систем, так отличающихся от нашей, позволит лучше понять и прошлое, и будущее нашей Солнечной системы и, как надеются ученые, сможет подсказать некоторые ответы на загадки происхождения жизни на Земле.

Внимательно прослушал. Академик Лев Зелёный оказался святее самого Римского папы, то есть Уильяма Боруцки, автора миссии Кеплер. Если все пишут, что вообще открыто около 700 экзопланет, то наш академик сказал, что полторы тысячи. Академик честно сознался, что материал лекции ему подготовили. То есть он сам не специалист, и то что он прочитал не выходит за рамки лектора общества "Знание". Он совершенно не раскрыл действительно научные вопросы: какова точность применяемых средств, величины шумов и помех, способы борьбы с ними. Способы подтверждения и контроля. Очень слабо доложил теоретические основы возможности существования экзопланет. Насколько долго могут существовать горячие "Юпитеры", ведь они при 2000 тысячах градусов буквально кипели бы и быстро потеряли свою массу. Совершенно ничего не сказал и о причинах возможного существования каменных земноподобных экзопланет. Короче говоря, если бы он подготовил этот материал в виде своей кандидатской диссертации, то провалил бы её с треском. Вот они все такие академики и есть - выходцы из советской номенклатуры. Распространитель псевдонауки, аналогичной бредням канала РЕН-ТВ.

На одной из страниц в Интернет, где объявлялось об открытии очередной экзопланеты и можно было оставить комментарий Народ написал - БРЕХНЯ, и я с народом согласен.

Исходя из изложенного, любые утверждения, что открыты планеты в том смысле, что там может быть жизнь, заведомая ложь. Таких открытых планет НЕТ. И в обозримом будущем быть и не может. Хотя в принципе, по моим расчётам, число планетных систем, подобных Солнечной системе, в нашей галактике может быть в количестве нескольких десятков. В том числе несколько и в области возможного наблюдения. Однако вероятность подходящих условий для жизни настолько мала, что они все безжизненные. Расчёт этих вероятностей сделан в книге Мы во вселенной одни и Великий круг.

Безусловно, что найдутся и те, которые скажут: "Я всё одно верю, что такие планеты скоро откроют и там будет разумная жизнь". Ну так с ними и спорить бессмысленно!

27. 08. 08 года