Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://www.allplanets.ru/history.htm
Дата изменения: Tue Jul 25 13:04:12 2006
Дата индексирования: Mon Oct 1 19:36:57 2012
Кодировка: Windows-1251

Поисковые слова: релятивистское движение
История открытий экзопланет
планетные системы
планетные системы
новости планетной астрономии
статьи
статистика
поиск
глоссарий
галерея
обновления
о сайте
ссылки


ОТ НАБЛЮДЕНИЙ ЗВЕЗД
ДО НАБЛЮДЕНИЙ ПЛАНЕТ У ЗВЕЗД

Борислав Славолюбов

Ранние представления.
Возрождение. Рождение европейской науки.
Классическая астрономия.
Появление астрофизики.
Физика обгоняет астрономов.
Первые открытия внесолнечных планет.
Триумф спектрального анализа.
Далекие затмения.
Будущие успехи в окрестностях Солнечной системы.
Что нас ждет в будущем?


РАННИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ

Мысли о существовании планетных систем, подобных нашей, возникли у человечества значительно раньше конца 20 века. Считается, что греческие атомисты в 5 веке до нашей эры стали первыми, кто предположил множественность миров во Вселенной. Письменных источников древнее, к сожалению, не сохранилось.

Миры возникают следующим образом: много тел всех видов и форм бесконечно двигаются в пространстве, сближаясь друг с другом и участвуя в отдельном водовороте, в котором они сталкиваются и расходятся, разделяясь, повторяя весь путь снова:
Левкипп (~480-420 до н.э.)

Хотя большинство античных философов пытались понять формирование планет в пределах нашей собственной системы, считая, что она является единственной и уникальной во Вселенной, среди них были и те, кто рассматривал возможность бесконечного числа миров, не похожих друг на друга.

В некоторых мирах нет ни Солнца, ни Луны, в других они больше, чем в нашем мире, а в других их большее количество. В некоторых местах есть большее количество миров, а других меньшее количество, (:), в некоторых частях они возникают, в других нет. Есть миры без животных и растений и без воды.
Демокрит (~460 - 370 до н.э.)

Есть бесчисленные миры, и подобные нашему, и отличные от него. Если число атомов бесконечно, как было уже доказано, (...), то не существует никаких препятствий тому, что и число миров бесконечно.
Эпикур (341-270 до н.э.)

К несчастью, идеи атомистов значительно опередили свое время. Работа авторитетного греческого ученого Аристотеля затмила их рассуждения. Аристотель утверждал геоцентричность Вселенной, то, что Земля является центром, единственным миром с жизнью - в противоположность небесной "хрустальной" сфере с отверстиями-звездами в ней.

Число миров не может быть больше, чем один.
Аристотель (384-322 до н.э.)

Идеи Аристотеля совместно с геоцентрической системой Птолемея были приняты христианскими схоластами как истина, подобная Священному писанию. Более тысячи лет сама мысль о существовании других планетных систем считалась невозможной и "греховной". Тех же взглядов держался и мусульманский мир в странах Востока.

ВОЗРОЖДЕНИЕ. РОЖДЕНИЕ ЕВРОПЕЙСКОЙ НАУКИ

Первым, кто выступил против незыблемости теории геоцентризма, был Николай Коперник. В 1543 году он опубликовал свою главную работу "Об обращении небесных сфер". Коперник считал, что из отсутствия видимых параллаксов у звезд следует, что звезды очень далеки, значительно дальше планет, обращающихся вокруг Солнца, но и он считал их частью небесной сферы.
Его современник Джордано Бруно пошел дальше.

Джордано Бруно
(1548-1600)

Вселенная бесконечна: У нее нет и не может быть единого центра. Звезды - это другие солнца, отнесенные от нас на огромные и при этом разные расстояния. В небе - бесчисленные звезды, созвездия, солнца и земли, чувственно воспринимаемые; разумом мы заключаем о бесконечном числе других. Следовательно, кроме видимых небесных светил есть еще много космических объектов, неизвестных нам. Вокруг других звезд-солнц тоже вращаются планетные системы, подобные нашей. Планеты в отличие от звезд светят не своим, а отраженным светом. Солнце, как и планеты, вращается вокруг оси - всеобщее движение есть закон Вселенной. В Солнечной системе помимо шести известных планет есть еще планеты, невидимые глазом в силу их удаленности от нас.
Миры - планеты и солнца - находятся в вечном изменении и развитии, рождаются и умирают. Меняется и поверхность Земли - за большие промежутки "моря" превращаются в континенты, а континенты - в "моря". Наконец, жизнь есть не только на Земле, она распространена во Вселенной, формы ее бесконечно разнообразны, так же многообразны условия на разных планетах. Жизнь во Вселенной неизбежно порождает и разум, причем разумные существа других планет совсем не должны походить на людей - ведь Вселенная бесконечна, и в ней есть место для всех форм бытия.

Джордано окончил жизнь в пламени костра на площади Цветов в Риме в 1600 году. И сейчас, спустя четыре сотни лет, человечество наблюдениями подтверждает истинность его утверждений, выведенных одной силой мысли.

КЛАССИЧЕСКАЯ АСТРОНОМИЯ В 17-18 ВЕКЕ

Телескоп Галилея (1564-1642) показал иллюзорность понятия "хрустальной небесной сферы": яркие звезды теряли кажущиеся размеры и становились точками. Дальнейшее совершенствование оптической техники и появление рефлекторов в 17-18 веках позволило обнаружить в Солнечной системе значительное число спутников и одну новую планету - Уран. Гершель (1750-1822) не только открыл Уран, но и, исследуя видимые двойные звезды, доказал в 1803 году, что несколько десятков из них являются физически двойными. В 1846 году теоретическое предсказание планеты Нептун стало триумфом закона Всемирного тяготения Ньютона.
Уже тогда некоторые астрономы, в их числе Христиан Гюйгенс, пытались обнаружить внесолнечные планеты в телескоп!
Важным достижением стало обнаружение Галлеем в 1718 г собственных движений звезд. Хотя первый каталог звезд составил еще Гиппарх, лишь Эдмунд Галлей первый обнаружил значительные расхождения между координатами ярких звезд в древних и текущих каталогах. Это говорило как о движении самих звезд, так и о движение Солнечной системы в пространстве. Уже в 1783 году тот же Гершель определил по собственным движениям 13 звезд апекс (точку направления движения) Солнечной системы - созвездие Геркулеса. Повышение точности измерений координат позволило решить один из самых главных вопросов в астрономии - определить расстояние до звезд. Еще Гершель полагал, что абсолютная яркость звезд одинакова и равна солнечной, и их видимая яркость зависит напрямую от расстояния, то есть Сириус - самая близкая к Солнечной системе звезда. В 1837 Струве определил расстояние для Веги, в 1838 Бессель - для 61 Лебедь, и, наконец, Гендерсон - для альфы Центавра. Как и предполагали к тому времени, расстояние даже до ближайших звезд измерялось несколькими световыми годами. В 1844 году Бессель, построив траектории движения ярких звезд Сириуса и Проциона, обнаружил, что они являются не прямыми, а волнистыми линиями, и предсказал существование у них невидимых спутников. Открытые у Сириуса (Кларком в 1862) и у Проциона (в 1896) слабые звезды-спутники оказались первыми представителями нового класса звезд - белых карликов, выгоревших "остатков" нормальных звезд.

ПОЯВЛЕНИЕ АСТРОФИЗИКИ

На смену традиционным методам исследования в 19 веке пришла астрофизика. Еще в конце 17 века Ньютон, разложив солнечный луч призмой, получил спектр и открыл инфракрасные лучи. Создав первый спектроскоп, Ньютон изучил спектр Солнца, пламени свечи и Сириуса (найдя его похожим на солнечный спектр).
Его идеи значительно опередили свое время. Лишь в 1802 году английский физик Волластон (1766-1828), открывший годом ранее ультрафиолетовые лучи, обнаружил в солнечном спектре узкие темные линии. Однако Волластон не обратил на это внимание. В 1814 году немецкий физик Йозеф Фраунберг (1787-1826) интерпретировал линии, как следствие поглощения лучей газами солнечной атмосферы. В середине 19 века, соотнеся полосы со спектрами известных элементов, удалось достаточно точно определить химический состав Солнца, а элемент гелий в солнечном спектре (1868) обнаружили гораздо раньше, чем на Земле (1895).
После Солнца спектроскопия была применена к звездам. В 1863-1868 году Анджело Секки (1818-1878), изучив спектры 4 тысяч звезд, разделил их на 4 класса. Эта классификация стала основной вплоть до Гарвардской, созданной в начале 20 века.
В 1842 году Доплер теоретически обосновал эффект, позднее названым его именем: частота звуковых и световых колебаний, воспринимаемых наблюдателем, зависит от скорости приближения или удаления их источника. В 1868 году Хеггинс, применив этот метод, измерил лучевую скорость Сириуса. Она оказалась близкой к 8 км в секунду по направлению к Солнцу. Это позволило, совмещая данные о собственных и лучевых скоростях звезд, определять полные вектора пространственной скорости звезд.
Используя доплеровский метод, удалось сделать ряд значительных открытий.
В 1889 году Пикеринг (1846-1919) обнаружил периодическое раздвоение линий в спектре Мицара. Он правильно интерпретировал это явление как очень тесную пару звезд, не различимую в телескоп. Измеряя лучевые скорости звезд-компаньонов, стало возможным определить и период вращения пары, и большую полуось. А Белопольский (1854-1934) применил метод для измерения скорости вращения планет Солнечной системы.
Изобретение фотографии Дагером в 1839 году и применение ее для астрономии, значительно улучшило чувствительность астрометрических и спектроскопических методов. К концу 19 века фотография почти полностью вытеснила человеческий глаз.
Неоценим вклад фотографии в области изучения переменных звезд. Переменность некоторых звезд была замечена еще в древности. Телескопические наблюдения сначала не внесли заметного вклада в их изучение. И лишь точно измеряя фотометрическую яркость звезд специальными приборами - фотометрами, стало возможным многократно увеличить число известных переменных звезд.

ФИЗИКА ОБГОНЯЕТ АСТРОНОМОВ

В первой половине 20 века, используя ядерную физику и квантовую механику, ученым удалось объяснить механизм свечения звезд, а затем описать их эволюцию. Значительно увеличив собирающие площади телескопов (диаметр главных зеркал возрос с 1 до 6 метров) удалось достигнуть пределов наблюдаемой Вселенной. В середине века астрономия становится всеволновой; появляются радиотелескопы и космические обсерватории. Именно в это время были открыты пульсары, квазары, реликтовое излучение, гамма-всплески, удалось найти доказательства существования черных дыр.
Выход человечества в космическое пространство позволил приступить к детальному изучению Солнечной системы.


Запуск АМС "Вояджер-2", исследовавшей сразу все газовые планеты в Солнечной системе, две - впервые.

Еще в конце 18 века Кант и Лаплас пришли к выводу, что планеты образовались из горячей газовой туманности. В 20-годы 20 века Джеймс Джинс выдвинул гипотезу об образовании планет из вещества Солнца, выброшенного из-за близкого прохождения другой звезды. И, наконец, в 40-х годах Отто Шмидт выдвинул гипотезу, ставшую общепризнанной: об образование Земли и других планет из холодных твердых допланетных тел - планетезималей в процессе холодной аккреции.
В 1983 году была запущенна инфракрасная обсерватория IRAS. С ее помощью было обнаружено значительное количество очень молодых звезд, окруженных густыми газопылевыми оболочками. Кроме того, многие известные звезды, такие как Вега или бета Живописца, оказались яркими инфракрасными источниками. Это привело к выводу, что вокруг этих звезд существуют газопылевые протопланетные диски.

ПЕРВЫЕ ОТКРЫТИЯ ВНЕСОЛНЕЧНЫХ ПЛАНЕТ

В восьмидесятых годах прошлого века была совершена первая серьезная попытка поиска планет у одной из ближайших звезд - Летящей звезды Барнарда. Эта звезда, открытая в 1916 году американским астрономом Барнардом, обладает самым большим собственным движением (более 10 угловых секунд в год) и является второй по близости к Солнечной системе после системы альфы Центавра. Она идеально подходила для поиска планет астрометрическим способом. Анализируя фотопластинки, сделанные с 1938 года по 1962 год, Питер Ван де Камп объявил о существовании планеты, в 1,6 раза тяжелее Юпитера с периодом обращения в 24 года. Затем, расширив диапазон изученных архивных фотоснимков до 1916 года, он заявил о двух планетах с массой порядка массы Юпитера. Однако уже в 1973 году другие астрономы усомнились в этом, не обнаружив никаких колебаний в траектории звезды. Оппоненты Ван де Кампа интерпретировали колебания на фотоснимках как искажения, вызванные модернизацией телескопа. Ван де Камп до самой смерти в 1995 году был уверен в своей правоте, он посвятил звезде Барнарда более 40 лет своей жизни и изучил несколько десятков тысяч снимков с ее изображением. В 1995 году Гатевуд установил, что вокруг звезды нет планет тяжелее 10 масс Юпитера. Позднее космический телескоп имени Хаббла провел очень точные (до 0,001 угловой секунды) астрометрические измерения звезды Барнарда и Проксимы Центавры, не выявив никаких колебаний. Тогда и стало ясно, что наземные и неспециализированные космические обсерватории не способны обнаружить этим способом планеты даже около ближайших звезд.


Радиотелескоп в Аресибо (Пуэрто-Рико), расположенный в кратере потухшего вулкана

Открытия экзопланет в начале 90-х годов пришли совсем с неожиданной стороны. Еще в начале 60-х, после появления первых мощных радиотелескопов, были обнаружены высокочастотные точечные источники радиоизлучения. Их назвали пульсары. Довольно быстро пульсары отождествили с нейтронными звездами. Испускающие мощные потоки релятивистских частиц и жесткого излучения, они являются одним из самых неблагоприятных мест для жизни в нашей Галактике. Однако у пульсаров имеется одно уникальное свойство. Они обладают необычайно стабильной частотой импульсов. Измеряя очень малые периодические изменения частоты импульсов в течение несколько месяцев или лет, можно так точно измерить лучевую скорость пульсара, что реально зафиксировать колебания, вызванные влиянием на пульсар объектов с массой, даже меньшей, чем масса Луны! В 1991 году американский астроном Александр Вольжан, анализируя несколько месяцев измерения периодичности пульсара PSR 1257+12 на радиотелескопе в Аресибо, пришел к выводу, что он окружен как минимум тремя планетами с массами в несколько масс Земли, и большими полуосями до 1 астрономической единицы. Очень точно измерив параметры системы, радиоастрономы впервые зафиксировали резонансные явления, наблюдаемые до этого только в Солнечной системе. В начале 2005 года было объявлено об открытие четвертого компонента этой системы, находящегося на орбите с большой полуосью до 4 а.е. и массой менее массы Цереры. Планетные системы пульсаров являются, по-видимому, очень редким явлением: кроме системы пульсара PSR 1257+12, был обнаружен только один газовый гигант у PSR B1620-26 b, называемый еще Мафусаилом. Большая полуось его орбиты составляет 23 а.е.(примерно соответствует орбите Урана в Солнечной системе).

ТРИУМФ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА

Еще в 1952 году Отто Струве опубликовал работу, в которой он обратил внимание на преимущества поиска планет у звезд с помощью спектроскопии, а также на возможность независимого подтверждения планеты, если она проходит между звездой и наблюдателем, путем точного измерения яркости звезды.
Однако понадобилось еще несколько десятилетий, что бы его идеи были реализованы на практике. В 1987 году американские астрономы Джоф Марси и Поль Батлер в Ликской обсерватории начали многолетние наблюдения 120 близких звезд типа Солнца или более холодных. Постепенно точность измерений ими лучевых скоростей достигла 3-4 метров в секунду. Но они изначально совершили крупную ошибку: считая, что орбиты экзопланет должны быть похожи на орбиты планет Солнечной Системы, они отбрасывали возможные периоды колебаний менее, чем один месяц, как шумы или ошибку, ожидая периоды около 10 лет. В середине 90-х годов американские исследователи расширили выборку звезд до 1330.
Значительно позже, с1993 года, к исследованиям подключились европейцы. Мишель Майор и Дидье Келос из Женевы на 1,93 метровом телескопе Обсерватории Верхнего Прованса (Франция) решили измерить лучевые скорости около сотни звезд до 8 звездной величины с точностью до 15 метров в секунду. Начав в сентябре 1994 года наблюдения звезды 51 Peg, они обнаружили колебания почти в 60 метров в секунду с очень коротким периодом - всего 4 дня! 6 октября 1995 астрономы объявили о своем открытии, после чего несколько недель продолжались ожесточенные дискуссии о реальности такого типа объектов. Дж. Марси и П. Батлер подтвердили это открытие, обнаружив те же самые колебания в своих наблюдениях. Для них лично это было тяжелым разочарованием, так как они обнаружили свою