Как ученые взвешивают планеты в космосе прямо с Земли

Несмотря на то что никаких вселенских весов не существует, ученые Земли уже давно научились определять вес планет в космосе. Для этого использовался закон всемирного тяготения, который позволял измерить гравитационное притяжение между телами и движении спутников. Однако исследователи из Уорикского университета, MIT и Университета Макмастера нашли кардинально новый способ, который работает даже тогда, когда сама планета слишком тусклая или слишком глубоко спрятана в облаке. То есть мы не видим планету, но можем сказать, сколько она весит. А, если вы предпочитаете не гадать, а видеть — вам определенно нужно почитать нашу статью про парад планет 2026.

Ученые открыли революционный способ взвешивать планеты — результаты вас поразят

Что такое протопланетные диски

Когда рождается новая звезда, её окружает протопланетный диск. Это гигантское облако пыли и газа, медленно вращающееся вокруг светила. Впервые такие диски сфотографировали ещё в 1990-х, но тогда снимки были размытыми и почти ничего не показывали.

С развитием телескопов картинка прояснилась — и оказалось, что это вовсе не однородные вихри пыли. Это структурированные образования из концентрических колец, разделённых пустыми промежутками. Нечто вроде мишени для дартса или годовых колец дерева, только в космическом масштабе.

Еще больше познавательных статей вы найдете в нашем канале в MAX. Подпишитесь прямо сейчас!

Именно в таких дисках и формируются планеты. По мере роста зародыш планеты своей гравитацией расчищает вокруг себя пространство, сгребая пыль и газ в чёткие полосы. Так одна растущая планета буквально «нарезает» диск на кольца и щели.

Сколько весит планета — как узнать

Большинство прежних исследований сосредотачивалось на щелях — пустых промежутках между кольцами. Однако новая работа, опубликованная в журнале The Astrophysical Journal, переключила внимание на сами яркие кольца.

А что об этом думаете вы? Присоединяйтесь к дискуссии в нашем Telegram-чате!

Эти яркие кольца — не просто красивые структуры, по сути это планетарные отпечатки пальцев, — объясняет ведущий автор работы Амена Фаруки, аспирантка группы астрономии и астрофизики Уорикского университета.

По её словам, научившись «читать между кольцами», команда нашла способ узнать массы планет, даже если те невидимы напрямую.

Это принципиально меняет подход. Раньше планеты у далёких звёзд чаще всего обнаруживали косвенно — по слабым колебаниям света. Теперь же само строение пылевых колец может рассказать о массе скрытой планеты. Если вам интересна тема охоты за невидимыми мирами, вспомните историю о том, как ученые нашли след девятой планеты в нашей собственной Солнечной системе.

Как яркая точка кольца выдаёт массу планеты

Чтобы понять, какие именно черты колец зависят от массы планеты, исследователи построили двумерные гидродинамические симуляции — компьютерные модели поведения газа и пыли. Они проверяли три параметра каждого кольца:

• ширину кольца
• количество захваченной в нём пыли
• положение самой яркой точки кольца

Из этих трёх характеристик самой надёжной оказалась позиция самой яркой точки кольца. С ростом массы планеты эта точка смещается предсказуемым образом — чем тяжелее планета, тем заметнее сдвиг.

Исследователь анализирует модель пылевых колец на экране

Главное достоинство метода в том, что эта закономерность сохраняется, даже когда размеры пылинок разные. Это серьёзное преимущество перед прежними способами: они опирались на размер пылевых зёрен, а его обычно никто точно не знает. Здесь же неопределённость с размером пыли перестаёт мешать оценке.

Когда кольцо в диске перестаёт расти вместе с планетой

С шириной кольца и массой пыли история сложнее. Поначалу всё логично: чем массивнее планета, тем чётче становится кольцо и тем больше пыли оно захватывает. Но в какой-то момент этот рост выходит на плато и останавливается.

Причина — порог, который астрономы называют массой изоляции гальки. Как только планета набирает эту массу, она превращается в эффективный барьер и перестаёт пропускать к себе материал из внешней части диска. После этого кольцо уже не меняется, даже если планета продолжает расти.

Подписывайтесь на канал Сундук Али-Бабы, там собраны топовые товары с АлиЭкспресс, Озона, Вб и Я.Маркета.

Получается простое правило: планеты легче этого порога создают более широкие кольца с меньшей массой пыли, а планеты тяжелее порога — более узкие и компактные кольца. По одной только форме кольца уже можно прикинуть, в какую «весовую категорию» попадает невидимая планета.

Проверка метода взвешивания планет на реальной системе PDS 70

Теория хороша ровно настолько, насколько она работает на настоящих наблюдениях. Поэтому команда применила свой метод к системе PDS 70 — одному из самых изученных планетообразующих дисков. И результаты совпали с независимыми измерениями, сделанными ранее другими способами.

Одна из сильных сторон этой работы в том, что она не остаётся в области чистой теории — мы смогли взять результаты симуляций и применить их напрямую к реальным наблюдаемым системам, — отмечает астрофизик из MIT Джессика Спиди.

Затем подход проверили на более широкой выборке дисков, снятых обсерваторией ALMA. Оказалось, что форма колец вместе с измерением щелей помогает оценивать сразу две вещи: массы планет и свойства самого диска.

Ограничения метода взвешивания планет и что предстоит уточнить

У описанной модели, впрочем, есть и честно оговорённые допущения. Она предполагает, что планеты не мигрируют по диску, что пыль не влияет на газ и что пылинки не растут и не дробятся. В реальной жизни всё это вполне может происходить.

Кроме того, кольца способны смещаться, размываться и расщепляться. Иногда одна планета порождает сразу несколько колец — особенно в дисках с низкой вязкостью. Так что не каждое кольцо аккуратно соответствует отдельной планете, и это нужно учитывать.

И всё же направление выбрано важное. Телескопы становятся всё точнее, а значит, астрономы постепенно переходят от косвенного обнаружения планет к более детальному их изучению. Подобные методы пригодятся не только для далёких систем — наука всё внимательнее следит и за процессами куда ближе к нам, вплоть до того, как океан нагревает нашу планету.

Главный вывод прост: пылевые кольца вокруг молодых звёзд хранят гораздо больше информации о формирующих их планетах, чем считалось. Если метод подтвердится на новых наблюдениях, мы получим способ «взвешивать» миры, которые пока даже не видим — и лучше понимать, как рождаются планеты, включая когда-то и нашу собственную.