Люди давно размышляли о существовании других миров, и эта идея была впервые высказана древнегреческими философами и повторялась в Средние века и в эпоху Возрождения. Серьезные поиски экзопланет начались в середине 20 века. Первое недвусмысленное открытие экзопланеты, вращающейся вокруг звезды, такой как наше Солнце, в 1995 году, полностью изменило наши взгляды на Солнечную систему. Гигантская планета с массой около половины массы Юпитера, впоследствии названная 51 Pegasi b, была обнаружена на четырехдневной орбите своей звезды. Присутствие такой массивной планеты на такой короткой орбите — гораздо ближе к своей звезде, чем Меркурий к нашему Солнцу — было совершенно неожиданным и не соответствовало нашему тогдашнему пониманию образования планет.
51 Pegasi b был обнаружен с помощью наземной обсерватории, обнаружив "колебания" в движении своей звезды. Такие колебания вызваны гравитационным притяжением планеты, когда планета и звезда вращаются вокруг общего центра масс. Если смотреть издалека, кажется, что звезда движется к наблюдателю и удаляется от него. Это движение заставляет свет звезды казаться немного более голубым, когда она движется к наблюдателю, и немного краснее, когда она удаляется. Этот сдвиг частоты известен как эффект Доплера, тот же эффект, что и изменение высоты тона сирены скорой помощи, когда она проносится мимо вас. Большинство ранних открытий экзопланет было сделано с использованием так называемого метода лучевых скоростей.
Транзиты
Первые обнаружения с использованием транзитной фотометрии были сделаны в 1999 году. Транзитные экзопланеты обнаруживаются, когда они проходят перед звездой-хозяином, вызывая падение света звезды, если смотреть с точки зрения наблюдателя. Транзит повторяется с временным интервалом, зависящим от времени, которое требуется экзопланете, чтобы облететь ее звезду. Например, наблюдателю нашей Солнечной системы придется подождать год, чтобы увидеть повторение прохождения Земли через Солнце.
Прямая визуализация
Подавляющее большинство подтвержденных экзопланет было обнаружено двумя вышеуказанными методами. Менее распространенным методом является прямая визуализация, основанная на измерении света от самой экзопланеты. Это особенно сложно для оптических длин волн, потому что относительно тусклая планета может быть потеряна в ярком свете гораздо более яркой родительской звезды. Однако были разработаны инструменты, которые блокируют свет от звезды, и таким образом было обнаружено более 40 планет.
Микролинзирование
Микролинзирование основано на случайном совмещении двух звезд с наблюдателем. Когда одна звезда пересекает другую, более близкая звезда действует как линза, искривляя свет, так что яркость плавно увеличивается и уменьшается. Если планета находится вокруг более близкой звезды, ее сила тяжести также искривляет световой поток, вызывая всплеск. Этим методом было обнаружено более 70 планет, но обнаружение невозможно повторить.
Несколько планет также были обнаружены с использованием других методов, включая определение времени пульсара. Объединив результаты наблюдений и обзоров с использованием различных методов, мы можем построить репрезентативную картину разнообразия экзопланет и планетных систем.
Астрометрия
Что действительно дало большой толчок для открытия экзопланет, так это использование космических телескопов. Помимо того, что спутники не подвержены помехам, вызванным просмотром через атмосферу Земли, они обеспечивают непрерывное наблюдение в пределах прямой видимости целевой звезды и круглосуточные наблюдения.
Одним из первых космических телескопов, чувствительных к экзопланетам, была миссия CoRoT (2006–13 гг.) Под руководством CNES. Две цели миссии заключались в поиске внесолнечных планет с короткими периодами обращения (дни или даже часы) и измерении колебаний звезд. Используя метод транзита, CoRoT на сегодняшний день обнаружил 37 экзопланет, включая первую подтвержденную скалистую планету (хотя она вращалась слишком близко к своей звезде, чтобы быть пригодной для жизни!). Больше может быть обнаружено во время анализа данных после миссии.
Миссия NASA "Кеплер" в 2009 году представляла собой настоящую машину для открытия экзопланет, на которую на сегодняшний день приходится почти три четверти всех открытий. Аппарат был направлен на фиксированный участок неба обхватом более четырех лет, отслеживая более 150 000 слабых звезд и обнаруживая тысячи экзопланет. Хотя он рассматривал только небольшую область неба, множество открытий указывало на огромное количество экзопланет, которые должны существовать в нашей Галактике.
Самым последним дополнением к флоту, охотящемуся за экзопланетами, является спутник NASA для исследования транзитных экзопланет, Tess, запущенный в апреле 2018 года.
Космические обсерватории с совершенно разными целями миссий, не являясь преданными охотниками за планетами, также внесли свой вклад в исследования экзопланет. Например, космический телескоп Hubble, который был разработан и запущен задолго до того, как экзопланеты стали обычным явлением, можно использовать для измерений транзита и даже для различения некоторых деталей атмосфер планет. Точно так же инфракрасный космический телескоп NASA Спитцер внес свой вклад в изучение изменений инфракрасного света во время транзита экзопланеты.
Миссия ESA Gaia посредством беспрецедентного обзора положения, яркости и движения более одного миллиарда звезд по всему небу создает большой банк астрометрических данных, который может использоваться для поиска экзопланет, либо посредством наблюдаемых изменений положения звезды на небе вызванного планетами, вращающимся вокруг нее, или падению яркости.
Обнаружение экзопланеты — это только начало. Специальные космические телескопы необходимы, чтобы следить за постоянно растущим каталогом и начать характеризовать эти интригующие миры, чтобы понять их место во Вселенной. С этой целью ESA планирует запустить три специализированных спутника экзопланет в следующем десятилетии, каждый из которых будет посвящен уникальному аспекту науки о экзопланетах.
