6000 планет и это только начало: как астрономы находят новые миры в космосе

Почти сто лет назад Клайд Томбо открыл Плутон, и это было последнее планетное открытие до 1992 года. Но то, что случилось после, изменило наше представление о Вселенной навсегда. В 1992 году люди обнаружили первую экзопланету — планету за пределами Солнечной системы, вращающуюся вокруг чужой звезды.

С тех пор каталог экзопланет разросся до невероятных масштабов. По состоянию на конец 2025 года достоверно подтверждено существование более 7600 экзопланет в 5200+ планетных системах. Среди них есть настоящие экзотические миры: HD 189733b, где идут дожди из расплавленного стекла при ветре 9000 км/ч, планеты размером с Юпитер, но раскаленные до тысяч градусов.

Ближайшая к нам экзопланета находится на расстоянии более 4 световых лет (около 36 триллионов километров), что делает физическое путешествие к ней практически невозможным в обозримом будущем. Так зачем вообще их искать? Ответ кроется в одном из самых фундаментальных вопросов человечества: одиноки ли мы во Вселенной? И насколько мы понимаем, для существования жизни необходима планета. Поэтому гонка за поиском планет с земными характеристиками идёт полным ходом.

Главная проблема в том, что нельзя просто взять мощный телескоп и начать сканировать небо в поисках планет. Даже у космического телескопа Хаббла есть предел разрешающей способности — минимальный угловой размер объекта, который он может различить, составляет 0,05 угловой секунды. Это невероятно малая величина — примерно 1/72000 градуса. Хаббл теоретически мог бы разглядеть планету размером с Юпитер на расстоянии 590 миллиардов километров. Это впечатляет, но это всего лишь 0,06 светового года, тогда как ближайшая к нам звезда Проксима Центавра находится на расстоянии 4,25 световых лет.

Вторая проблема — тусклость планет. Юпитер легко увидеть на нашем ночном небе благодаря отраженному солнечному свету. Но днём его не видно вообще, потому что отражённый свет намного тусклее прямого солнечного. То же самое происходит с экзопланетами: когда мы смотрим на свет звезды, планеты вокруг неё просто недостаточно яркие, чтобы быть различимыми на её фоне.

К счастью, существуют другие методы обнаружения, и именно благодаря им было найдено большинство известных нам экзопланет.

Что происходит, когда планета движется вокруг звезды? Гравитационное взаимодействие притягивает планету к звезде. Но есть один нюанс, о котором многие забывают: гравитация работает в обе стороны. Если звезда притягивает планету, то и планета притягивает звезду. Это третий закон Ньютона в действии.

Из-за этого звезда не остаётся неподвижной — она тоже совершает крошечное орбитальное движение вокруг общего центра масс системы. Конечно, поскольку звезда во много раз массивнее планеты, её движение минимально — звезда словно «покачивается» или «дрожит». Увидеть это движение невозможно, но его можно обнаружить с помощью эффекта Доплера.

Эффект Доплера вы уже знаете, даже если не осознаёте этого. Когда мимо вас проносится поезд, звук его гудка меняется по высоте: сначала высокий тон, потом низкий. Это происходит потому, что звуковые волны «сжимаются» при приближении источника звука и «растягиваются» при удалении.

То же самое работает со светом. Когда источник света движется к нам, частота световых волн увеличивается — это называется синим смещением (blue shift). Когда он удаляется, частота уменьшается — это красное смещение (red shift).

Используя спектроскоп, астрономы могут определить, движется ли звезда к нам или от нас, анализируя изменения в её световом спектре. Более того, зная исходную частоту света, можно вычислить скорость движения звезды по величине смещения.

Единственная сложность в том, что величина цветового смещения зависит от скорости света (300 000 км/с) и скорости источника. Поскольку свет движется чрезвычайно быстро, в большинстве случаев доплеровское смещение крайне трудно зафиксировать. Но трудно не означает невозможно.

Алгоритм поиска экзопланеты методом лучевых скоростей выглядит так: наблюдайте за звездой несколько лет и ищите небольшие смещения в её цветовом спектре. Затем используйте эти данные для определения скорости, с которой звезда движется к Земле и от неё. Если мы можем оценить массу звезды (а мы можем), то, используя её скорость и период колебаний, можно вычислить массу и орбитальное расстояние планеты.

Именно этим методом в 1995 году швейцарские астрономы Мишель Майор и Дидье Кело обнаружили планету у звезды 51 Пегаса — первую экзопланету у солнцеподобной звезды. За это открытие они получили Нобелевскую премию по физике в 2019 году. Планета оказалась «горячим юпитером» — газовым гигантом, вращающимся настолько близко к звезде, что его орбитальный период составляет всего 4,23 суток.

Это открытие стало революционным, поскольку до этого астрономы считали невозможным существование таких массивных планет на столь близких орбитах. Пришлось пересматривать теории формирования планетных систем.

Второй ключевой метод обнаружения экзопланет — транзитный. Принцип его прост и понятен, если вспомнить солнечное затмение. Когда Луна проходит перед Солнцем, на Землю падает тень Луны, и количество достигающего нас света может уменьшиться в тысячу раз — наступает затмение.

Венера и Меркурий тоже иногда проходят между Солнцем и Землей. Это называется транзитом. Они не отбрасывают тень на Землю, но немного уменьшают общую яркость Солнца. Интересный факт: в XVIII веке транзит Венеры использовался для вычисления расстояния от Земли до Солнца.

Аналогично происходит и транзит экзопланеты, когда она проходит между своей звездой и точкой наблюдения на Земле. В этот момент яркость звезды немного уменьшается. Чувствительные инструменты могут зафиксировать это изменение и определить, что вокруг звезды вращается планета.

Если бы мы могли построить график яркости звезды во времени во время транзита, он выглядел бы как кривая с характерным провалом. Это называется кривой блеска, и из неё можно извлечь массу информации.

Во-первых, плоское дно провала соответствует моменту, когда планета полностью находится перед диском звезды. Глубина провала говорит нам о размере планеты — чем больше планета, тем больше света она блокирует.

Во-вторых, длительность провала показывает, как долго планета находится перед звездой. Это позволяет определить орбитальный период планеты. Зная массу звезды и орбитальную скорость, можно вычислить орбитальное расстояние.

В-третьих, продолжая наблюдения, мы проверяем, происходят ли эти провалы регулярно — так подтверждается, что мы действительно нашли экзопланету. Более того, можно обнаружить транзиты от нескольких планет в одной системе, идентифицируя их по уникальным кривым блеска.

Транзитный метод оказался невероятно продуктивным. Космический телескоп «Кеплер», запущенный NASA в 2009 году, работал по этому принципу и обнаружил тысячи экзопланет, непрерывно наблюдая за одним участком неба в созвездии Лебедя с примерно 150 000 звёздами. Сейчас активно работает телескоп TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), который сканирует всю небесную сферу в поисках новых миров.

Конечно, оба метода имеют ограничения. Эффект Доплера становится всё труднее уловить, чем дальше находится звезда. Оба метода требуют специфической благоприятной геометрии расположения планетной системы относительно Земли.

Например, если далёкая планетная система расположена перпендикулярно к нашей линии обзора, колебания звезды не будут приближать её к нам или удалять от нас — следовательно, не будет доплеровского смещения. Для транзитного метода экзопланета должна вращаться вокруг своей звезды в плоскости, которая включает Землю. Если всё не выстроится правильно, транзита вообще не будет. Лишь крошечный процент звёздных систем удовлетворяет этому условию.

Кроме того, оба метода обнаружения сильно смещены в сторону поиска крупных планет, вращающихся близко к своим звёздам — так называемых «горячих юпитеров», потому что они создают более сильные и частые сигналы. Для планет земного типа потребовалось бы наблюдать минимум три транзита, что означает три года наблюдений для планеты на земной орбите. А экзопланету типа Плутона с орбитальным периодом в 250 лет таким способом вообще не обнаружить.

Помимо двух основных методов, астрономы разработали и другие техники поиска экзопланет.

Гравитационное микролинзирование использует эффект гравитационной линзы: когда далёкая звезда, звезда-линза и Земля выстраиваются в линию, гравитация звезды-линзы усиливает свет фоновой звезды. Если у звезды-линзы есть планеты, они создают характерный всплеск в световой сигнатуре. Этот метод позволяет обнаруживать планеты на больших расстояниях от их звёзд и даже планеты-«сироты», не привязанные ни к какой звезде.

Метод прямого наблюдения — самый сложный, но и самый перспективный. Он заключается в получении прямых изображений экзопланет путём блокирования света звезды с помощью специальных устройств — коронографов. Успешные примеры включают изображение четырёх планет системы HR 8799. Этот метод лучше всего работает для молодых горячих планет, удалённых от своей звезды.

Метод вариаций времени транзита (TTV) анализирует небольшие отклонения во времени транзитов, вызванные гравитационным влиянием других планет в системе. В 2025 году международная команда под руководством Юньнаньской обсерватории впервые с помощью этого метода обнаружила суперземлю Kepler-725c в зоне обитаемости солнцеподобной звезды.

Если цель — найти внеземную жизнь, нужна не просто планета, а планета земного типа в зоне обитаемости — на таком расстоянии от звезды, где вода может существовать в жидком виде. Это узкое окно возможностей.

В 2024 году орбитальный телескоп TESS обнаружил экзопланету GJ 12b на расстоянии около 40 световых лет. Её масса составляет 0,71 от земной, а радиус — 0,96 земного. Планета находится в обитаемой зоне красного карлика, и низкая активность звезды делает её перспективным объектом для изучения с помощью телескопа «Джеймс Уэбб».

Статистический анализ, проведённый учёными Калифорнийского университета в Ирвайне в 2025 году, оценил обитаемость около 10% известных экзопланет. Из 517 исследованных систем только три были классифицированы как «отличные кандидаты»: сама Земля, Kepler-22b и Kepler-538b. Большинство же попали в категорию «хорошая звезда, плохая планета» — 75% систем. Это может быть связано с наблюдательным смещением: транзитным и доплеровским методами проще находить крупные планеты, расположенные близко к звёздам.

Ближайшая к нам потенциально обитаемая экзопланета — Проксима Центавра b, открытая в 2016 году. Она находится всего в 4,2 световых годах от Земли. Вокруг звезды Барнарда, удалённой на 6 световых лет, в 2024-2025 годах было обнаружено уже четыре планеты, также подходящих по критериям.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб», запущенный в 2021 году, уже демонстрирует невероятные результаты. Его мощные спектрографы позволяют анализировать атмосферы экзопланет методом транзитной спектроскопии: когда свет звезды проходит через атмосферу планеты, можно определить её химический состав. Телескоп уже обнаружил песчаные облака в атмосфере странного газового гиганта и молекулы горячего углекислого газа и воды в атмосфере другой планеты.

Телескоп «Нэнси Грейс Роман», запуск которого запланирован на 2027 год, будет тестировать коронограф в космосе — технологию подавления звёздного света для выявления планет на орбите. В 2050-х годах планируется запуск обсерватории обитаемых миров (Habitable Worlds Observatory, HWO), которая будет специально создана для поиска и наблюдения землеподобных экзопланет с целью обнаружения признаков жизни. Ожидается, что она сможет обнаруживать кислород, водяной пар, углекислый газ и озон в атмосферах далёких планет.

Европейская миссия PLATO и китайская миссия Earth 2.0 также обещают значительное увеличение числа открытий землеподобных планет в обитаемых зонах.

Теперь подумайте о цифрах. Из более чем 7600 найденных экзопланет почти все находятся в нашей галактике Млечный Путь. А ведь во Вселенной триллионы других галактик. Почти все известные экзопланеты крупнее Земли, хотя считается, что планеты земного размера распространены повсеместно. И каждая из этих 7600 планет была обнаружена только потому, что их расположение идеально подходило для наших методов обнаружения — правильный угол обзора, правильная геометрия орбиты.

Текущие оценки предполагают, что в наблюдаемой Вселенной существует около 100 секстиллионов планет (единица с 23 нулями). Это число настолько огромно, что его сложно даже представить. И среди этого невообразимого количества миров наверняка есть планеты, похожие на Землю, где возможна жизнь.

Российские учёные тоже активно включены в поиск экзопланет. В 2024 году сотрудники Государственного астрономического института имени П.К. Штернберга МГУ представили методику поиска экзопланет с использованием данных сети роботизированных телескопов МАСТЕР, работающей с 2002 года. Применение метода позволит подтверждать кандидаты в экзопланеты, находить новые объекты и обнаруживать переменные звёзды.

Открытие экзопланет — это не просто академический интерес. Это переломный момент в истории человеческой цивилизации. Впервые за всю историю мы переходим от философских рассуждений о существовании других миров к их систематическому изучению.

Тренд номер один: экспоненциальный рост открытий. Прошло всего 30 лет с открытия первой экзопланеты у солнцеподобной звезды, а мы уже знаем о более чем 7600 мирах. С каждым новым поколением телескопов это число будет расти всё быстрее. В ближайшие десятилетия мы узнаем о десятках тысяч новых планет.

Тренд номер два: переход от простого обнаружения к детальной характеризации. Мы больше не просто находим планеты — мы изучаем их атмосферы, определяем химический состав, температуру, наличие воды и других важных элементов. Телескоп «Джеймс Уэбб» уже показывает, на что мы способны.

Тренд номер три: фокус на поиске биосигнатур — признаков жизни. Обнаружение кислорода, озона, метана в определённых комбинациях может указывать на биологическую активность. В следующие 20-30 лет мы можем получить первые серьёзные свидетельства существования жизни за пределами Земли.

Как использовать эту информацию? Для тех, кто интересуется наукой и технологиями, сейчас золотое время. Искусственный интеллект и машинное обучение всё активнее применяются для анализа огромных массивов данных с телескопов, автоматического обнаружения транзитов и классификации экзопланет. Граница между профессиональной и любительской астрономией размывается — проекты вроде Planet Hunters позволяют энтузиастам по всему миру участвовать в поиске новых миров.

Мы живём в эпоху, когда ответ на вопрос «Одиноки ли мы во Вселенной?» может быть получен при нашей жизни. И независимо от того, каким будет этот ответ, он навсегда изменит человечество.

Подписывайся — впереди ещё много интересного!