За допомогою методу Доплера відкрили тисячі екзопланет. Але астрономи лише за непрямими ознаками розуміють, що натрапили на чергову подібну Землі і Сонцю систему. Тому відкриття потенційної колонії необхідно знову і знову підтверджувати більш точними приладами. Швейцарський спектрограф ESPRESSO вкотре переконав вчених, що найближча до нас зірка Проксіма Центавра не самотня. Можливо, навіть двічі.
Сонце приблизно в 109 разів більше Землі за лінійними розмірами і практично в 1,3 мільйона разів - за обсягом. Якщо представники розвиненої позаземної цивілізації, що живе за сотні світлових років від нас, направлять потужні телескопи на Сонячну систему, наша зірка здасться їм всього лише точкою на небосхилі. Чи можуть теоретичні мешканці інших світів розгледіти на тлі цієї точки іншу, в сто разів меншу? Навряд чи. Але виявити Землю з космосу та інші екзопланети з Землі можна завдяки ефекту Доплера, як би він не називався в іншому населеному світі.
Явище, що носить ім'я великого земного фізика, полягає в зміні довжини хвилі світла за рахунок руху спостережуваного об'єкта. Коли зірка віддаляється від нас, її світло здається більш «червоним». Якщо об'єкт наближається, випромінювання зміщується в синю область. Чому так відбувається? Згадаймо розкладання білого світла в кольоровий спектр. Вперше перетворення сонячного променя на веселку здійснив за допомогою скляної призми Ісаак Ньютон. Вчений зауважив, що кольори від червоного до фіолетового відрізняються один від одного довжиною хвилі. Найдовші хвилі біля червоного кольору, короткі - у фіолетового.
Уявімо електромагнітну хвилю, яка рухається від космічного об'єкта до Землі, у вигляді плоскої синусоїдальної пружини кінцевої довжини. Якби один кінець неймовірно довгої пружини був міцно припаяний до Землі, а інший - до далекої зірки, то по мірі видалення зірки від нас пружина б розтягнулася, формуючи більш довгі хвилі. Навпаки, якби зірка наближалася, пружина поступово стискалася б, а «хвилі» вкорачувалися. Як же інформація про зміну відстані між Землею і далекими зірками допомагає виявляти нові екзопланети, і причому тут спектрограф - прилад, що розкладає світло від зірок у спектр, подібно до скляної призми Ньютона?
Зірки випромінюють електромагнітні хвилі всіх довжин. Частина з них, проходячи через більш холодну атмосферу зірки, поглинається. У суцільному градієнті спектра випромінювання з'являються «проплешини» - чорні лінії, відповідні «з'їденим» довжинам хвиль. За цими прогалинами у спектрі випромінювання зірки астрономи визначають елементний склад її атмосфери, адже конкретні речовини поглинають певні промені. Порожнечі у спектрі називаються лініями Фраунгофера. Аналізуючи їх зміщення, вчені і підтверджують факт наявності планет, що обертаються навколо зірки.
Зміщення ліній Фраунгофера у спектрі випромінювання зірок відбувається через ефект Доплера, причому група ліній зсувається по черзі то в червону область, то у фіолетову. Зірка то віддаляється від нас на невелику відстань, то наближається знову. Подібна «неврівноваженість» або погойдування пояснюються тільки наявністю поруч планети.
Строго кажучи, планета не обертається навколо зірки. Вони обертаються разом навколо загального центру мас. Ця точка названа так, тому що її положення залежить від мас гравітаційно взаємодіючих об'єктів. Чим «жирніше» тіло, тим ближче до нього центр мас, а значить, менше орбіта обертання навколо нього. З боку подібне обертання виглядає як погойдування. Дійсно, зірка змінює положення всього-то на десятки метрів в секунду. Що ці метри для тіла діаметром в мільйон кілометрів? Але навіть цього руху достатньо, щоб лінії Фраунгофера «зарзали» на спектрі випромінювання зірки. У цьому і полягає метод Доплера або, як його ще називають, метод променевих швидкостей, що використовується для відкриття нових екзопланет.
У 2016 році за допомогою методу Доплера була виявлена планета Проксіма Центравра b, що обертається навколо найближчої до Сонця зірки - Проксими Центавра, розташованої в 4,2 світлових роках від нас - за космічними мірками, в сусідньому «селі». Женевські астрономи використовували дані спектрографа HARPS, який дозволяє фіксувати погойдування зірки з точністю до метра в секунду. Побачити 1 метр на відстані майже 40 трильйонів кілометрів - це круто. Але, мабуть, недостатньо, щоб бути впевненими в існуванні потенційно населеної планети. Тому вчені створили ще більш точний прилад.
Точність спектрографа ESPRESSO, також сконструйованого в Швейцарії, але в 2017 році, в 3 рази перевершила точність HARPS і склала близько 30 сантиметрів на секунду. Дані ESPRESSO підтвердили існування планети Проксіма Центавра b, масою в 1,17 маси Землі з періодом обігу навколо зірки в 11,2 дня. Про відкриття або, краще сказати, підтвердження відкриття чотирирічної давності, обрадовані астрономи повідомили в журнал Astronomy & Astrophysics.
Читачів статті чекає сюрприз, адже точність ESPRESSO дозволила отримати дані, що натякають на існування ще однієї планети. Причина другого сигналу поки не встановлена. Якщо з'ясується, що він планетарного походження, Проксима Центавра зможе претендувати на посаду «президента» власної зіркової системи з поки двох відкритих планет. Маса передбачуваної супутниці повинна становити менше третини маси Землі. Це була б найменша планета, коли-небудь відкрита за допомогою методу променевих швидкостей.
Чи можливе життя на Проксимі b і можливо існуючій другій планеті поблизу? Проксима b приблизно в 20 разів ближче до своєї зірки, ніж Земля до Сонця, але отримує порівнянну енергію. Температура її поверхні передбачає наявність рідкої води і, в теорії, деяких форм життя. З іншого боку, Проксима - активний червоний карлик, який бомбардує свою планету рентгенівськими променями. Фонить на Проксиме b должно примерно в 400 раз больше, чем на Земле. Врятувати потенційне життя може тільки планетарна атмосфера, в якій непогано було б знайти трохи кисню. Хай допоможуть вченим лінії Фраунгофера! Цього разу потрібно лише побачити спектр від самої екзопланети, а не від її зірки-мамки. Для цього фахівці Європейської південної обсерваторії (ESO) в Чилі будують спектрометри RISTRETTO і HIRES, які буде встановлено на майбутній гігантський телескоп ELT діаметром 39 метрів. Що ж, з нетерпінням чекаємо результатів.