КУРС ЗАГАЛЬНОЇ АСТРОНОМІЇ - С. М. АНДРІЄВСЬКИЙ 2007

Частина VI

ФІЗИКА ЗІР І ТУМАННОСТЕЙ

Розділ 15

ПОДВІЙНІ ЗОРІ І КРАТНІ ЗОРЯНІ СИСТЕМИ

15.7. Невидимі супутники зір

При дослідженні фотографічним методом положень близької до нас зорі на загальному фоні зір протягом декількох років вдається виявити її зміщення на небесній сфері — власний рух зорі (див. підрозділ 19.4). З цих спостережень виключають її річне паралактичне зміщення, зумовлене обертанням Землі навколо Сонця. Якщо поблизу зорі є невидимий супутник, то рівномірно відносно зір фону рухається не сама зоря, а центр мас подвійної системи (барицентр), а видимий компонент системи періодично відхиляється від траєкторії барицентра то в один, то в інший бік. Дослідження такого періодичного відхилення дозволяє визначити масу невидимого супутника і його відстань до головної зорі. Цей метод виявлення невидимих супутників зір є астрометричним. Саме так були виявлені супутники у таких яскравих зір, як Сіріус та Проціон: їх відхилення від «прямолінійного» шляху зауважено у 1844 р., самі ж супутники, що є білими карликами, були знайдені відповідно у 1862 і 1896 рр. (рис. 15.10).

Труднощі, які виникають при пошуках слабких супутників зір астрометричним методом, а тим більше — можливих планетних систем, добре видно на прикладі даних про одну з найближчих до нас зір, відому під назвою Росс 614. Її блиск 11,34m, річний паралакс 0,251". Фотографічні спостереження показали, що амплітуда відхилення зорі від очікуваного напряму руху (якби вона була одинарною) досягає 0,36", період обертання зорі навколо центра мас системи дорівнює 16,5 року. Супутник, блиск якого 14,8m, відкритий за допомогою телескопа-рефлектора з діаметром дзеркала 5 метрів на кутовій відстані 1,2" від головної зорі. На фотографії обидва компоненти майже зливаються в єдине зображення, оскільки діаметр центральної дифракційної плями зображення головної зорі не менший 0,9". Цікаво те, що головною зорею є карлик головної послідовності спектрального класу М6 масою МА = 0,14M0 та болометричною світністю L = 0,0048Lʘ, тоді як супутник — це білий карлик з MВ = 0,08Mʘ і L = 0,00095Lʘ.

image83

Рис. 15.10. Рух Сіріуса та його супутника: а) — видимий рух Сіріуса на загальному фоні далеких зір (жирна лінія), його супутника (тонка лінія) і їхнього центра мас (штрих) від 1870 року до 1980 року;

б) — видимі орбіти обох зір, що рухаються навколо спільного центра мас; в) — орбіта супутника, який рухається відносно головної зорі

Планетоподібні тіла або планети поблизу зір теоретично можна виявити, наприклад, прямим шляхом реєстрації зоряного світла, відбитого поверхнею планети. Проте цей метод вимагає дуже чутливого обладнання (краще встановленого на борту космічної станції, щоб виключити вплив на зображення з боку земної атмосфери), тому що вкрай важко виділити слабке світло від планети, яка є поблизу яскравої зорі. Так, шляхом прямої реєстрації, було відкрите планетоподібне тіло Гліз 229B, яке обертається на відстані 43 а. о. навколо зорі Гліз 229А (див. рис. 15.11). Це тіло у десятки разів масивніше за Юпітер, тому вважається, що воно все ж таки є так званим коричневим карликом. За своєю структурою і властивостями такі об'єкти посідають проміжне положення між

справжніми зорями і планетами, і вони, напевне, є дуже розповсюдженими у Всесвіті. Ці об'єкти, виявлені останнім часом за допомогою найпотужніших телескопів, відрізняються від «справжніх» зір тим, що реакції протон-протон- ного циклу в них не відбуваються, оскільки температура в їхніх надрах недостатньо висока. Для коричневих карликів запровадили спектральні класи L, T та Y . Температура на поверхні в них нижча за 2500 К, тому більшу частину енергії вони випромінюють в інфрачервоному діапазоні.

image84

Рис. 15.11. Пряма реєстрація зображення коричневого карлика Гліз 229В праворуч від головної зорі

Ще один метод, який зараз дуже широко застосовується для знаходження планетоподобних тіл поблизу зір, заснований на ефекті Доплера. Якісно цей метод подібний до того, який використовують при дослідженнях подвійних зір (див. вище). Кількісна відмінність полягає в тому, що доплерівське зміщення спектральних ліній центральної зорі, обумовлене слабким гравітаційним впливом з боку планети, дуже мале. Адже мова йде про коливання променевої швидкості центральної зорі з амплітудою усього декілька десятків метрів за секунду. Визначити таку нехтовно малу величину при сучасному розвитку техніки спостережень дуже важко, але в принципі можна. Як приклад, на рис. 15.12 зображена крива променевої швидкості для зорі 51 Пегаса, аналіз якої свідчить про наявність планетної системи поблизу цієї зорі.

Основний недолік згаданого методу полягає в тому, що він дозволяє отримати лише нижню межу маси невидимого компонента. Невизначеність маси тут обумовлена наявністю множника sin і, де і — кут між променем зору і перпендикуляром до площини планетної орбіти. Астрометричний метод, навпаки, вільний від цього недоліку. За його допомогою нещодавно було відкрито дві планети в системі зорі Лаланд 21185: одна з них має масу 0,9 маси Юпітера і обертається на відстані 2,2 а. о., а друга масивніша (1,1 маси Юпітера) знаходиться на відстані 11 а. о.

image85

Рис. 15.12. Крива зміни променевої швидкості зорі 51 Пегаса

Загалом на даний час відомо вже більше двохсот зір, для яких існування невидимих супутників доведене. У деяких зір виявлено по кілька планет (див. таблицю 15.1). Однак до цього часу все ще не були відкриті планети, які за розмірами і масою нагадують Землю. Сучасний розвиток техніки спостережень не дозволяє виявити нехтовно малий гравітаційний вплив з боку таких планет на їх центральні зорі.

Таблиця 15.1.

Планети поблизу деяких зір

Зоря

м/мю

Р

а

е

V

М+ʘ

ʋ Андромеди

0,69

4,617

0,059

0,01

70,2

1,30

ʋ Андромеди

1,89

241,500

0,829

0,28

53,9

1,30

ʋ Андромеди

3,75

1284,000

2,530

0,27

61,1

1,30

47 Великої Ведмедиці

2,54

1089,000

2,090

0,06

49,3

1,03

47 Великої Ведмедиці

0,76

2594,000

3,730

0,10

11,1

1,03

55 Рака

0,84

14,653

0,115

0,02

72,2

1,03

55 Рака

0,21

44,280

0,240

0,34

13,0

1,03

55 Рака

4,05

5360,00

5,900

0,16

49,3

1,03

τ Волопаса

4,13

3,312

0,050

0,01

471,4

1,30

51 Пегаса

0,46

4,231

0,050

0,01

55,0

1,06

ρ Північної Корони

1,04

39,845

0,220

0,04

64,2

0,95

70 Діви

7,44

116,689

0,480

0,40

315,2

1,10

16 Лебедя

1,69

798,938

1,670

0,67

51,2

1,01

тут М/Мю — маса планети у масах Юпітера;

Р — орбітальний період у добах;

а — середня відстань до зорі у а. о.;

е — ексцентриситет планетної орбіти;

V — півамплітуда зміни променевої швидкості у м/с;

М+ʘ — маса центральної зорі у Мʘ.

Є, звичайно, всі підстави вважати, що невидимі супутники, частина з яких можуть були холодними тілами — планетами, існують у багатьох зір. Вирішальними тут, напевне, будуть спостереження з борта космічних станцій з використанням найефективніших сучасних методів реєстрації астрономічних зображень.

Як бачимо з таблиці 15.1, маса багатьох відкритих планетоподібних тіл близька, або перевищує масу Юпітера. Чи можна вважати такі тіла справжніми планетами — це питання для сучасної теорії будови зір і фізики планет. Може статися, що ті тіла, які сьогодні вдалося виявити поблизу деяких зір, насправді є проміжною ланкою між коричневими карликами і справжніми планетами. Відкриття ж планет, які за своїми параметрами подібні до планет земної групи, — це справа майбутнього.

Тому й дотепер мало що можна сказати про можливість існування в Галактиці планет, заселених високоорганізованими формами життя. Усі розмірковування на цю тему носять імовірнісний характер. При обговоренні цього питання використовують найдовільніші припущення. Звичайно кількість високорозвинутих цивілізацій у Галактиці Nc зображають у вигляді добутку декількох імовірностей (формула була вперше запропонована американським астрономом Френком Дрейком):

image86

де N = 1011 — кількість зір у Галактиці; f — імовірності: fр — того, що зоря має планетну систему; fn — того, що умови на планеті придатні для зародження життя; fe — того, що життя на планеті виникло; fi — того, що це життя досягнуло розумних форм, fc — того, що розумне життя досягло такого рівня, при якому цивілізація здатна вступати у зв'язок з подібними до себе. І нарешті, f(т) — деяка функція параметра τ — тривалості існування технічно розвинутої цивілізації. Звичайно приймають f(т) = τ/T, де T≈ 1010 років — вік існування Галактики, а τ ≈ 200 000 років.

З тих міркувань, що зорі, ефективні температури яких менші від 8000 К, обертаються навколо своїх осей приблизно в 10 разів повільніше, ніж гарячі зорі, роблять висновок про те, що це може свідчити про існування навколо них невидимих з Землі планетних систем. Тут приймають, що більшість таких зір на ранніх стадіях розвитку була оточена газово-пиловими дисками (див. підрозділ 21.7), з яких власне і сформувалися планети. Теорія свідчить про те, що диск повинен бути пронизаний магнітними силовими лініями, завдяки яким обертальний момент від центральної зорі ефективно передається згаданому диску, причому власне відбувається істотне гальмування обертального руху самої зорі. У Галактиці налічують близько 60 млрд. зір згаданого типу, тому й приймають, що fр ≈ 0,6. Оцінюючи ймовірність fn, беруть до уваги, що життя може розвиватися за наявності певної атмосфери, сприятливого теплового режиму і великих водяних басейнів. Уведено поняття екосфери — сфери життя навколо зорі. Таким чином, сприятливі умови для життя можуть бути навколо зір, для яких поверхнева температура 4000 К < Т < 8000 К. Загалом приймають fn = 0,01. Усі інші ймовірності оцінюють дуже довільно, їхні значення, які найчастіше зустрічаються в літературі, такі: fe = 0,08, fi = 0,01 і fc = 1. Таким чином, кількість розвинутих цивілізацій у Галактиці ймовірно дорівнює 10.

Варте уваги, однак, твердження відомого астронома Йосифа Самуїловича Шкловського (1916—1985) про відсутність «космічного чуда»: якби у Галактиці була ще одна чи більше високорозвинутих цивілізацій, то ми, як мешканці Землі, повинні б виявити у навколишньому Всесвіті такі явища, які неможливо пояснити дією природних законів. Цього якраз немає. Тому Шкловський зробив висновок, що наша цивілізація є унікальною взагалі у Всесвіті. Інші астрономи розглядають це питання оптимістичніше і на підставі наведених вище міркувань стверджують, що в нашій Галактиці все ж таки існують високорозвинуті цивілізації, середня відстань між якими вимірюється десятками тисяч світлових років, що є перепоною для встановлення прямого контакту між ними.

Відповідно до того, як не справджувалися зусилля, спрямовані на встановлення зв'язку з іншими цивілізаціями (такі спроби ведуться з 1960 р.), змінилась сама постановка питання. Раніше наукова програма називалася так: «Communication with ExtraTerrestrial Intelligence» — «Зв'язок з позаземним розумом» (скорочено CETI). Зараз її назва звучить реалістичніше: «Search for ExtraTerrestrial Intelligence» — «Пошук позаземного розуму» (SETI). Найкращий засіб встановити контакт очевидно, має бути заснований на використанні радіозв'язку в інтервалі частот 1—10 ГГц. Якраз у цьому інтервалі радіошум від процесів, що відбуваються в Галактиці, є найменший, а тому імовірність зареєструвати слабкий сигнал від іншої цивілізації є більшою. Сьогодні декілька радіотелескопів у світі систематично «оглядають» усе небо з надією одержати сигнал розумного життя, але поки що без успіху.






Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами.

Всі матеріали на сайті доступні за ліцензією Creative Commons Attribution-Sharealike 3.0 Unported CC BY-SA 3.0 та GNU Free Documentation License (GFDL)

Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посиланням на сайт, будьте вдячними ми приклали багато зусиль щоб привести інформацію у зручний вигляд.

© 2007-2019 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А.