როგორ ეძებდნენ ეგზოპლანეტებს

 ასტრომეტრიული ძებნა. ისტორიულად, ეგზოპლანეტების ძიება ახლო ვარსკლავებზე დაკვირვებებს უკავშირდება, ხოლო პირველად ეს მცდელობა 1916 წელს, ამერიკელმა ასტრონომმა ედუარდ ბარნარდმა განახორციელა. მან აღმოაჩინა, რომ სხვებთან შედარებით, ერთ-ერთი ვარსკვლავი ძალიან სწრაფად გადაადგილდებოდა – 10” (კუთხური წუთი) წელიწადში. მოგვიანებით, ასტრონომებმა ”ბარნარდის მფრინავი ვარსკვლავი უწოდეს” მას. თუმცა სივრცეში ყველა ვარსკვლავი ქაოტურად 20-50 კმ/წმ. სიჩქარეებით გადადგილდება, ამის დაფიქსირება შორიდან დაკვირვებით პრაქტიკულად შეუმჩნეველი რჩება. ამიტომ გაჩნდა ეჭვი, ხომ არ იყო ეს,  ბარნარდის ვარსკვლავის ჩვენთან ახლო მანძილზე მდებარეობასთან დაკავშირებული. მართლაც, ეს ვარსკვლავი სიახლოვით მესამეა სისტემა კენტავრის α-ს მერე.

 ბარნარდის ვარსკვლავის მასა 7-ჯერ ნაკლებია მზისაზე, ანუ, თუ მის გარშემო პლანეტებია, მაშინ მათი გრავიტაციული ზემოქმედება ადვილი შესამჩნევი უნდა იყოს. 1938 წლიდან დაწყებული, თითქმის ნახევარი საუკუნე, ამ ვარსკვლავის მოძრაობას ამერიკელი ასტრონომი პიტერ ვან დე კამპი (1901–1995) სწავლობდა. მან ვარსკვლავის მდებარეობა ათასზე მეტ ფოტოფირზე ნახა და განაცხადა, რომ ვარსკვლავი ტალღისებურად მოძრაობდა, 0,02” ამპლიტუდიანი რხევებით, რაც მის გარშემო მბრუნავი უხილავი თანამგზავრის არსებობაზე მეტყველებდა. გამოთვლებიდან გამომდინარეობდა, რომ ამ თანამგზავრის მასა იუპიტერზე ოდნავ მეტი უნდა ყოფილიყო, ორბიტის რადიუსით 4,4 ასტრ. ერთეული. სამოციანების დასაწყისში ამ ამბავმა მთელი მსოფლიო მოიარა და ფართო რეზონანსი მიიღო. ეს ხომ პრაქტიკულ ასტრონომიაში გადადგმული ერთ-ერთი პირველი ნაბიჯი იყო.

 ბარნარდის ვარსკვლავის კვლევაში სხვა ასტრონომებიც ჩაერთნენ. 1973 წელს, მათ დაადგინეს, რომ ეს ვარსკვლავი ყოველგვარი რხევების გარეშე, თანაბრად მოძრაობდა და მის გარშემო მასიური პლანეტებიც არ უნდა ყოფილიყო. ასე რომ, ეგზოპლანეტების აღმოჩენის პირველი მცდელობა წარუმატებელი აღმოჩნდა. პირველი საიმედო ასტრომეტრიული აღმოჩენა მხოლოდ 2009 წელს მოხდა. პალომარის 5 მეტრიანი ტელესკოპით 30 ვარსკვლავზე 12 წლიანი დაკვირვებების მერე, ამერიკელებმა სთივენ პრავდომ და სტიუარტ შაქლანმა პატარა ცვალებად ვარსკვლავთან – ”ვან ბისბრუკ 10”-თან, სისტემა გლისე 752-ში (gliese) ეგზოპლანეტა აღმოაჩინეს. ეს, ჩვენი გალაქტიკის ერთ-ერთი პატარა ვარსკვლავია, სპექტარლური კლასი М8-ს წითელი ჯუჯა, 12-ჯერ მსუბუქი და დიამეტრით 10-ჯერ პატარა მზეზე. ის ისეთი მკრთალია, რომ მზის ადგილზე დედამიწას იგივენაირად გაანათებდა, როგორც მთვარე ანათებს ღამე. სწორედ ასეთი მცირე მასის გამო შეძლო მისი ”შერყევა” დიდი ამპლიტუდით თავისივე პლანეტამ. 272 დღე-ღამის განმავლობაში ვარსკვლავის მდებარეობა ცაზზე 0,006‘‘- ით იცვლებოდა. თვითონ პლანეტა-გიგანტი მერკურის მსგავს ორბიტაზე მოძრაობს, ვარსკვლავზე 14-ჯერ მსუბუქია, ხოლო ზომით, ლამის მისი ზომისაა.

 დოპლერის მეთოდის წარმატება. პირველი ეგზოპლანეტა, 1995 წელს, ჟენევის ობსერვტორიის ასტრონომებმა მათ მიერვე შექმნილი ოპტიკური სპექტრომეტრით, რომელიც დოპლერის წანაცვლებას 13 მ/წმ. სიზუსტით ზომავდა, მიშელ მაიორმა და დიდიე კელოზმა აღმოაჩინეს. უცნაურია, მაგრამ ასეთი მოწყობილობა ამერიკელმა ასტრონომებმა, ჯეფრი მარსის ხელმძღვანელობით, ჯერ კიდევ 1987 წელს გააკეთეს და ასეულობით ვარსკვლავის კვლევას შეუდგნენ, თუმცა უშედეგოდ. პირველობა მაიორმა და კელოზმა მოიპოვეს. 1994 წელს, ახლოს მდებარე მზისმაგვარი 142 ვარსკვლავის სიჩქარეების გაზომვები ჩაატარეს და 49 სინათლის წლის მანძილზე მდებარე ვარსკვლავის, პეგასი 51-ის ”რყევა” საკმაოდ მალევე დააფიქსირეს. მისი რხევა 4,32 დღე-ღამიანი პერიოდით ხდება, რაც ასტრონომთა დასკვნით 0,47 იუპიტერის მასის პლანეტის ზემოქმედებითაა გამოწვეული.

 ასეთმა უცნაურმა მეზობლობამ ასტრონომები საგონებელში ჩააგდო: ვარსკვლავთან ახლოს, რომელიც ძალიან ჰგავს მზეს, პლანეტა-გიგანტი ბრუნავს და ერთ ბრუნს მხოლოდ 4 დღეს ანდომებს. მათ შორის მანძილი, მზიდან დედამიწამდე მანძილზე 20-ჯერ მცირეა. ამის გამო ასტრონომები აღმოჩენის სისწორეში ბოლომდე დარწმუნებულნი არ იყვნენ. ვარსკვლავთან ასე ახლოს მდებარე პლანეტა 1000 К-მდე უნდა ცხელდებოდეს, ”ცხელი იუპიტერი”?, ფაქტების ასეთ უცნურ ერთობლიობას არავინ ელოდა. შემდგომი დაკვირვებებით პალნეტის არსებობა საიმედოდ დამტკიცდა, მას სახელიც შეურჩიეს – ეპიკურე, თუმცა ამ სახელმა აღიარება ვერ ჰპოვა. შემდეგ სხვა სისტემებიც იქნა აღმოჩენილი, რომლებშიც პლანეტა-გიგანტები თავის ვარსკვლავთან ძალიან ახლოს მდებარე ორბიტებზე მოძრაობდა.

 ვარსკვლავების ”დაბნელება” პლანეტებით. თავისი ეფექტურობა ამ მეთოდმაც დაამტკიცა. ახლა ვარსკვლავებზე ფოტომეტრიული მეთოდით დაკვირვება, როგორც ორბიტული, ისე ზედაპირზე მდებარე ტელესკოპებით მიმდინარეობს. ყველა თანამედროვე ფოტომეტრიულ ინსტრუმენტს ცის დიდი ნაწილის დამზერა შეუძლია. ერთბაშად მილიონი ვარსკვლავის ელვარებაზე დაკვირვებით, ასტრონომები, თავისი ვარსკვლავის წინ პლანეტის გავლის მომენტის დაფიქსირების შანსებს ზრდიან. ამასთან ერთად, როგორც წესი, ფიქსირდება პლანეტები, რომლებიც თავისი ვარსკვლავის ხშირ ”დაბნელებებს” ახდენს, ანუ აქვთ მოკლე ორბიტული პერიოდი და კომპაქტური ორბიტა (ტრანზიტი). ტერმინი ”ცხელი იუპიტერი” ისეთი ჩვეული გახდა, რომ 2009 წელს, პლანეტა WASP-18b-ს აღმოჩენამ მაინცდამაინც ვერავინ გააკვირვა. მისი მასა 10 იუპიტერისას უტოლედბა, თითქმის წრიული ორბიტა კი 0,02 ა.ე-ს ტოლია, ორბიტული პერიოდით 23 საათი!!! იმას თუ გავითვალისწინებთ, რომ ეს ვარსკვლავი მზეზე კაშკაშაა, პლანეტის ზედაპირი 3800 К-მდე უნდა ცხელდებოდეს, ეს კი უკვე არა უბრალოდ ცხელი, არამედ ”გავარვარებული იუპიტერია”. დიდი მასითა და სიახლოვით პლანეტა თავისი ვარსკვლავის ზედაპირზე შეშფოთებებს იწვევს, რის გამოც ის მუხრუჭდება და საბოლოოდ, თავისსავე მნათობზე დაეცემა.

 ეგზოპლანეტების ფოტოები. დიდი სურთულეების მიუხედავად, ასტრონომებმა, ეგზოპლანეტის გადაღება არსებული საშუალებებით მაინც შეძლეს! ეს ყველაზე უფრო საუკეთესო ინსტრუმენტებით მოხერხდა: ორბიტული ”ჰაბლი” და ყველაზე დიდი ზედაპირული ტელესკოპები. მათ შორისაა ე.წ. საფარი (კორონოგრაფი), რომელიც ვარსკვლავის შუქს ახშობს და შუქფილტრები, რომლებიც ძირითადათ პლანეტიდან მომავალ ინფრაწითელ გამოსხივებას ატარებს – 2-4 მიკრომეტრი, რაც დაახლოებით 1000 K-ს უტოლდება (ამ დიაპაზონში პლანეტა ვარსკვლავზე მკაფიოდ გამოიყურება).

პლანეტა 2M1207b (მარცხნივ) – ეგზოპლანეტის პირველი პირდაპირი ფოტო (ESO).
პლანეტა მზისმაგვარ ნორმალურ ვარსკვლავთან (მაუნა-კეას ობსერვატორია,ჰავაი).

 2004 წლიდან 2012-ის ჩათვლით, 27 პლანეტური სისტემის 31 ეგზოპლანეტის გამოსახულება იქნა მიღებული. მაგალითად, მხატვრის β-ას პროტოპლანეტურ დისკოში გადაღებული პლანეტა, ძალიან ჰგავს იუპიტერს, ოღონდ უფრო მასიურია. იქაური სიტუაცია ახალგაზრდა მზის სისტემას მოგვაგონებს, რომელშიც ახალშობილი იუპიტერი კოლოსალურ მტვროვან დისკოში სხვა პლანეტების ფორმირებაზე ახდენს გავლენას. ასტრონომები დიდი ხანია ასეთი პროცესის ”ცოცხლად” ნახვაზე ოცნებობდნენ.

 2008 წლის ბოლოს, ”ჰაბლის” საშუალებით ელვარე ფომალჰაუტის (სამხრეთ თევზის α) მტვორვან დისკოში მდებარე პლანეტა გადაიღეს. ვარსკვლავი 20-ჯერ მასიურია მზეზე, თუმცა პლანეტა 115-ჯერ შორსაა მისგან, ვიდრე დედამიწა მზიდან, ამიტომ მისი დანახვა, ასტრონომთა აზრით, პლანეტის გარშემო არსებული ამრეკლი რგოლების (სატრუნისაზე გაცილებით დიდი) საშუალებით მოხდა. მასში ალბათ პლანეტის თანამგზავრები ფორმირდება, როგორც ეს ახალგაზრდა მზის სისტემის პლანეტა-გიგანტებთან ხდებოდა. დიდ ინტერესს იწვევს ერთბაშად სამი ეგზოპლანეტის ფოტო, რომლებიც პეგასის თანავარსკვლავედის HR 8799-ის გარშემო ბრუნავს. ისინი ”კეკისა” და ”ჯემინის” ტელესკოპებით გადაიღეს. სისტემა, დედამიწას 130 სინათლის წლითაა დაშორებული. ყველა მისი პლანეტა იუპიტრზე მასიურია, თუმცა თითქმის იმავე მანძილზე არის დაშორებული ვარსკვლავიდან, როგორც ჩვენი გიგანტები. შესაძლებელია, რომ ვენერას, დედამიწისა და მარსის ადგილებზე იქ დედამიწის მაგვარი პლანეტები მოძრაობს, თუმცა მათი დანახვა ტექნიკურ შესაძლებლობებს აღემატება.

 ეგზოპლანეტების პირდაირი ფოტოგრაფირება უმნიშვნელოვანესი ეტაპია მათი შესწავლის საქმეში. პირველ რიგში, ასეთნაირად მათი არსებობა მტკიცდება. მეორეს მხრივ, შესაძლებელი ხდება მათი თვისებების დადგენა: ზომა, ტემპერატურა, სიმკვრივე, ზედაპირის მხასიათებლები. ბოლოს, ყველაზე უფრო აღმაფრთოვანებელი – შორს არაა დრო, როცა მათი სპექტრების გაშიფვრა მოხდება, ანუ, მათი ატმოსფეროების შემადგენლობის დადგენა, რაც ეგზობიოლოგების ოცნებაა.

 ყველაზე საინტერესო წინაა! მზის სისტემის ფარგლებს გარეთ არსებული პლანეტების აღმოჩენა, ХХ საუკუნის ერთ-ერთი უდიდესი მეცნიერული მიღწევაა. უმნიშვნელოვანესი პრობლემა გადაწყვეტილია: ახლა უკვე ზუსტად ვიცით, რომ მზის სისტემა უნიკალური არაა, ის, რომ სხვა ვარსკვლავებთან პლანეტების ფორმირება სამყაროს ევოლუციის კანონზომიერი მოვლენაა. რამდენიმე ასეული წელია ასტრონომები მზის სისტემის გაჩენაზე იმტვრევენ თავს. მთავარი პრობლემა იმაში იყო, რომ ვერ ხდებოდა ჩვენი სისტემის სხვასთან შედარება. ახლა სიტუაცია შეიცვალა: ასტრონომები კვირაში საშუალოდ 2-3 პლანეტური სისტემის აღმოჩენას ახერხებენ. ბუნებრივია, მათში გიგანტების შემჩნევა უფრო ადვილია, თუმცა უკვე დედამიწის ტიპის პლანეტების აღმოჩენებიც ხდება. შესაძლებელი ხდება მათი კლასიფიკაცია და შედარება. ეს სიცოცხლის უნარიანი ჰიპოთეზების გამორჩევას აადვილებს, პლანეტარული სისტემების ფორმირებისა და მათი ადრეულ ეტაპებზე ევოლუციის აღმწერი მართებული თეორიების შექმნის საშუალებას იძლევა, მათ შორის ჩენი მზის სისტემისაც.

 იმავდროულად, ნათელი გახდა, რომ ჩვენი პლანეტარული სისტემა არატიპიურია: მისი პლანეტა-გიგანტები, ”სასიცოცხლო ზონის” გარეთ წრიულ ორბიტებზე მოძრაობს და ხსენებული ზონის შიგნით დედამიწის მაგვარი პატარა პლანეტების დიდი ხნით ყოფნას უზრუნველყოფს. აღმოჩენილ სისტემათა უმრავლესობას ეს თვისებები არ გააჩნია. ჩვენთვის რა თქმა უნდა გასაგებია, რომ ”ცხელი იუპიტერების” დიდი რაოდენობით აღმოჩენა დროებითი მოვლენაა, რაც ჩვენი ტექნიკის შესაძლებლობებთანაა დაკავშირებული. მიუხედავად ამისა, თვით ფაქტი მათი არსებობისა გამაოგნებელია: აშკარაა, რომ გაზის გიგანტი, ვარსკვლავთან ახლოს ვერ ჩამოყალიბდება, მაშინ როგორ მოხვდა იქ?

 თეორეტიკოსები ამ კითხვზე პასუხის გაცემას ვარსკვლავის ახლო გაზ-მტვროვანი დისკოს მოდელირებით ცდილობენ და ბევრ სიახლესაც იგებენ. აღმოჩნდა, რომ პლანეტა ზრდასთან ერთად დისკოში მოგზაურობს (მიგრირებს), მნათობთან მიახლოება-დაშორებებით, რაც დისკოს სტრუქტურაზეა დამოკიდებული, ასევე ამ პალნეტის მასზე და სხვა პლანეტებთან უქრთიერთქმედებაზე. მსგავსი თეორიული კვლევები იმითაა საინტერესო, რომ მათი გადამოწმება ახალი დაკვირვებებით მიღებული მონაცემებით ხდება. პროტოპლანეტარული დისკოს ევოლუციის გამოთვლას სუპერ კომპიუტერი ერთი კვირა ანდომებს, ამ დროის განმავლობაში კი დამკვირვებლები ახალი სისტემების აღმოჩენას ასწრებენ.
 გადაჭარბების გარეშე შეიძლება ითქვას, რომ ეკზოპლანეტების აღმოჩენა უდიდესი მონაპოვარია მეცნიერების ისტორიაში, ატომური ენერგიის დამორჩილების, ღია კოსმოსში გასვლისა და მემკვიდრეობითი მექანიზმების აღმოჩენასთან ერთად. ახლავე ნათელია, რომ ახლად დაწყებული XXI საუკუნე პლანეტოლოგიის აყვავების ხანა იქნება, ასტრონომიის დარგისა, რომელიც პლანეტების ბუნებასა და ევოლუციას სწავლობს. პლანეტოლოგები ამჟამად აღმოჩენებისგან მიღებული მსუბუქი შოკის მდგომარეობაში არინ, თუმცა მოკლე დროში მოეგებიან გონს და ახლად აღმოჩენილი პლანეტების მრავალფეროვნებში ორიენტირებას მოახერხებენ.

 მეორე მეცნიერება, უფრო ზუსტად პროტომეცნიერება, რომელიც ეგზოპლანეტების აღმოჩენისგან მომავალ მძლავრ ეფექტს გრძნობს, არამიწიერი სიცოცხლის ბიოლოგიაა – ეგზობიოლოგია. არ არის გამორიცხული, რომ XXI საუკუნეში სხვა პლანეტებზე ბიოსფეროს აღმოჩენის ამბავიც შევიტყოთ, რითაც ეგზობიოლოგია ნამდვილ მეცნიერებად გადაიქცევა, რადგან მას კვლევისათვის საჭირო რეალურად არსებული ობიექტი ეყოლება.