Переважна більшість відомих екзопланет знайдено з використанням різних непрямих методів, зокрема доплерівського і транзитної фотометрії. Метод прямого візуального виявлення за допомогою телескопів поки не приносить таких результатів, адже планети - вкрай слабкі джерела світла (на відміну від зірок), і їх світло дуже складно «відфільтрувати» з-за високої яскравості батьківської зірки. Тому пряме виявлення екзопланет - дуже важке завдання, можлива лише в тому випадку, якщо небесне тіло велике, а його орбіта віддалена від зірки (щоб світло останньої не заважав спостереженням). Саме так і відбувається: з 31 екзопланети, відкритої методом прямого спостереження, найлегша вдвічі-втричі важче Юпітера, а найближча до своєї зірки знаходиться від неї вдвічі далі, ніж Земля від Сонця. Ну а найдальша і зовсім розташований в 2 500 а. е.

При температурі поверхні в 600 До экзолуну розміром з Землю можна знайти з імовірністю 5? (99,9995%). (Ілюстрації M. A. Peters, E.Turner, David A.Hardy.)

Такі газові гіганти не дуже цікаві для пошуку потенційного життя. Але іншого методами прямого спостереження не отримати: завжди легше помітити короткопериодичные масивні планети. Чи ні?

Мері Енн Пітерс (Прінстонський університет) і Едвін Л. Тернер (Токійський університет) розглянули варіант, який здається настільки очевидним, що навіть незрозуміло, як його могли не помітити. Частина супутників газових гігантів Сонячної системи піддається приливному розігріву: колосальна гравітація сусідніх гігантів викликає приливні руху їх приповерхневих шарів, а ініційовані ними тертя призводить до суттєвого нагрівання. За деякими припущеннями, такий приливної розігрів відповідальний за існування гіпотетичного підповерхневого водного океану навіть на Тритоні - віддаленому на колосальну відстань від Сонця великому супутнику.

Провівши комп'ютерне моделювання наслідків приливного розігріву для широкого спектру початкових умов, дослідники з'ясували, що розігрітий таким чином супутник може мати світність більше своєї планети (!) і навіть до 0,1% світності зірки типу червоного карлика (спектрального класу M5), що однозначно дозволяє відфільтрувати його світло від випромінювання світила. Правда, температура поверхні такого розігрітого супутника повинна бути не менше 600 До, і ні на яку життя тут сподіватися не доводиться (навіть найстійкішим термофилам нема чого робити там, де більше 400 К). Крім того, радіус такий экзолуны повинен бути дорівнює земній, а район впевненого виявлення буде обмежений 18 світловими роками. І все-таки, незважаючи на те, що в Сонячній системі немає супутників з діаметром Землю, ймовірність існування таких тіл в інших планетарних системах може бути досить високою: скажімо, у нас немає жодної «суперземли» або планети крупніше Юпітера, однак, згідно з астрономічними спостереженнями, такі планети за чисельністю мало не домінують у Всесвіті.

І тим не менш, шанс є. Космічний телескоп «Джеймс Вебб» з складовим дзеркалом діаметром 6,5 м (у «Хаббла» - 2,4 м), який до 2018 року повинен виявитися на орбіті, за розрахунками авторів, дозволить виявляти приливно-розігріті экзолуны з температурою поверхні До 300 к (що практично дорівнює температурі поверхні Землі). При цьому экзолуны, що знаходяться далі 12. е. від своїх зірок, будуть впевнено виявлятися на відстані до 15 світлових років від Землі, тобто ми зможемо дослідити дві дюжини найближчих до Сонця зірок.

Як відзначають вчені, при виникненні між місяцями однієї планети резонансу їх приливне взаємодія з великими планетами буде дуже тривалим. В якості прикладу такого резонансу (1:2:4) зазначаються Іо, Європу і Ганімед, де він підтримує на стабільному рівні ексцентриситет орбіти Іо і, відповідно, приливної розігрів цього юпитерианского супутника. До речі, при накладенні системи супутників Юпітера на Нептун (при відповідному масштабуванні орбіти таких супутників) з'ясувалося, що світність Іо з-за більш інтенсивного розігрівання була б вище, ніж у самого Нептуна. Іншими словами, навіть в нашій системі ми лише по випадковості не спостерігаємо такого над'яскравого супутника, головним джерелом світності якого було б приливне взаємодія.

«Ну і що?» - здивовано запитає читач. Адже экзолуны можна шукати і непрямими методами. Так, цим в тому числі займається телескоп «Кеплер», але поки без особливого успіху. З-за низької маси та радіусу непрямі методи виявлення экзолун не такі хороші, як у випадку екзопланет. А адже тема дуже важлива. Справа в тому, що кілька досліджень 2010-2011 років показали, що насправді кількість экзолун, по масі наближаються до Землі, може бути величезним. Строго кажучи, навіть набагато менша экзолуна може мати дуже щільну атмосферу: той же Титан по щільності атмосфери перевершує Землю, і це при гравітації, поступається місячної. При температурі поверхні в районі 300 До вони можуть бути цілком придатними для життя. Враховуючи, що більшість відомих на сьогодні екзопланет - газові гіганти, наявність навіть невеликої їх частини таких розігріваються приливним взаємодією экзолун може означати настільки могутню популяцію, що її можна буде чисельно порівнювати з кількістю самостійних землеподібних планет.

Побічним результатом дослідження виявився такий цікавий висновок: деякі екзопланети, виявляються методом прямого спостереження, насправді можуть бути саме такими розігрітими своїми гігантським сусідами экзолунами, а зовсім не самостійними планетами. Так, Фомальгаут b, екзопланета, яку виявляють близько Фомальгауту, зірки спектрального класу А4 в 25 світлових роках від Землі, «закривають», демонструє таку різницю в яскравості і інших параметрах, що дослідники бачать у ньому першого кандидата в разогреваемую приливним взаємодією экзолуну (РПВЭ).

Таке пояснення допоможе поєднати дані спостережень в оптичному і інфрачервоному діапазоні: невелика экзолуна не буде давати значного ІЧ-випромінювання, як нормальна екзопланета (його якраз і не знаходять при спостереженнях). З іншого боку, затемнення гіпотетичної экзолуны повинні так змінювати випромінювання від багатостраждального Фомальгауту b, що воно буде весь час змінюватися. Як вважають вчені, подальше регулярне спостереження за системою забезпечить нас більш повною інформацією про присутність РПВЭ в системі Фомальгауту.

Автори роботи особливо відзначають, що, згідно з розробленою ними моделі, пряме спостереження і поява зображень экзолун такого типу (з рідкою водою на поверхні) в околицях Сонця технічно можливо раніше, ніж отримання зображень поверхні звичайних екзопланет в зоні населеності. По суті, ми зможемо робити це в найближчі роки, причому без реалізації таких дорогих проектів, як Terrestrial Planet Finder і DARWIN.

Підготовлено за матеріалами arXiv.