Первая внесолнечная планета была найдена канадцами Б. Кэмпбеллом, Г. Уолкером и С. Янгом в 1988 году рядом с оранжевым субгигантом Гамма Цефея A (Альраи), однако её существование было подтверждено лишь в 2002 году.
Самый старый и простой способ — метод транзита
Суть метода очень проста: некоторые экзопланеты временами оказываются на одной линии с Землей и своей звездой, тем самым частично перекрывая диск последней и уменьшая ее яркость. Да, обычно такие провалы в светимости звезды минимальны, к тому же для подтверждения экзопланеты нужно засечь как минимум три из них на равных промежутках времени друг от друга (ибо время оборота планеты вокруг своей звезды не меняется), поэтому такой способ обычно подходит для обнаружения больших планет, расположенных недалеко от своих солнц.
То есть засечь таким способом аналог Нептуна, продолжительность года на котором составляет почти 165 лет, не получится. Аналогично не получится обнаружить Меркурий, который затемняет диск Солнца временами слабее некоторых пятен на нашей звезде.
Но все еще этот метод активно используется из-за своей простоты, и благодаря ему космический аппарат НАСА Кеплер смог обнаружить более 2700 потенциальных планет с момента своего запуска в марте 2009 года.
Колебания звезд — метод радиальных скоростей
Как известно, любая планета, даже самая маленькая, имеет массу. Разумеется, она обычно куда меньше, чем у ее звезды, но все еще при вращении вокруг своего солнца планета слегка «раскачивает» последнее. Как итог, звезда начинает то слегка приближаться к нам, то отдаляться, что и вызывает эффект Доплера, то есть изменение частоты наблюдаемого от нее света. С этим эффектом сталкивались, скорее всего, многие, когда слышали вой сирены скорой помощи, который меняется после того, как она пролетает мимо вас.
Конечно, этот эффект опять же крайне слаб, и «раскачивание» составляет лишь считанные метры в секунду, так что благодаря ему обычно получается засечь только большие планеты типа наших Юпитера и Сатурна. Для измерений наблюдаемой частоты света от звезды астрономы обычно используют спектрограф HARPS на телескопе в обсерватории Ла-Силья в Чили и спектрограф HIRES на телескопе Кек на Гавайях.
Гравитационное микролинзирование
Гравитация — удивительная сила, перед которой не может устоять даже свет. Поэтому если между нами и звездой оказывается массивный объект, он буквально изгибает свет от последней, действуя как своеобразная гигантская космическая линза.
Это дает ученым кривую блеска — изменение яркости света далекой звезды с течением времени, характеристики которой многое говорят астрономам об объекте на переднем плане, вызвавшем гравитационное микролинзирование. Обычно таким объектом является звезда, и, если у нее есть планеты, то они могут генерировать вторичные кривые блеска, предупреждая исследователей о своем присутствии.
К слову, этот метод является единственным, подходящим для поиска «планет-изгоев» — одиноких космических странников без родительской звезды. Так как они не светятся, их невозможно засечь способами выше, и в работает лишь метод гравитационного микролинзирования, когда такая планета искажает свет от звезд за собой.
Скажи «сыыыыр» — прямая съемка
Здесь все довольно понятно: мощные телескопы получают реальные изображения далеких миров, используя инструменты, называемые коронографами, чтобы блокировать яркий свет их родительских звезд. Разумеется, такой метод подходит в основном для огромных газовых гигантов в звездных системах, расположенных недалеко от нас. Засечь таким способом аналог Земли не получится — он все еще будет слишком тусклым даже для самых мощных современных телескопов.
Фото звезды HR 8799 вместе с 4-мя планетами.
Дальше идут уже достаточно экзотические методы, которые работают лишь в редких случаях.
На помощь приходят космические часы — пульсары
В космосе есть достаточно необычные объекты, являющиеся крошечными сверхплотными остатками взорвавшихся звезд. Называются они пульсарами, и их главная особенность — это быстрое вращение с излучением радиоволн через равные промежутки времени.
Художественное изображение планеты рядом с пульсаром.
Аномалии в промежутках времени между этими радиоимпульсами могут указывать на присутствие планет на орбитах рядом с пульсаром. Первые миры были обнаружены этим методом еще в 1992 году. Однако, увы, такие экзопланеты не несут для нас какой-либо ценности: очевидно, что после взрыва сверхновой вся возможная жизнь на них была уничтожена вместе с атмосферой и, возможно, даже верхним слоем почвы. Да и пульсар далеко не тот объект, который дарит своим планетам свет и тепло.
На помощь приходит специальная теория относительности
За этот способ нужно сказать спасибо дедушке Эйнштейну: астрономы могут наблюдать, как звезда становится ярче, когда ее притягивает вращающаяся планета, в результате чего фотоны приобретают дополнительную энергию, а свет фокусируется в направлении движения звезды из-за релятивистских эффектов.
Планета Кеплер-76b (также известная как «планета Эйнштейна») была открыта именно таким методом, а затем подтверждена измерениями радиальной скорости. По мере того, как исследователи оттачивают методику, вероятно, последуют и другие подобные обнаружения.
Астрометрия
Любая планета в звездной системе играет роль щенка: бегает в разные стороны, натягивая поводок и заставляя хозяина слегка менять свой путь. На это и опирается астрометрический метод: он полагается на сверхточное отслеживание движения звезды по небу, чтобы обнаружить аномалии от гравитационных «буксиров» вращающихся вокруг нее планет. Такой способ обнаружения чем-то похож на метод радиальных скоростей, однако здесь учитывается не изменение частоты приходящего света, а изменение положения звезды.
Увы, этот метод пока что чисто экспериментальный — ученые десятилетиями искали далекие миры с помощью астрометрии с очень спорным успехом. В основном благодаря ему получалось уточнять массы уже обнаруженных экзопланет, таких как, например, Эпсилон Эридана b.