Доставка космического заказа: Телескоп "Джеймс Уэбб" внезапно вышел на связь и встревожил учёных неожиданными данными

Человечество находится в шаге от открытия жизни на планетах за пределами Солнечной системы, но этот шаг может оказаться слишком велик по земным меркам.

Персонаж из "Аватара"

27 июня в журнале Nature Astronomy швейцарскими учёными был опубликован результат исследований и заявление, что найден метод изучения экзопланет, в корне меняющий общепринятый подход. Но эмпирические данные может дать только телескоп "Джеймс Уэбб", запущенный в декабре прошлого года. Астрономы надеются, что именно он расширит представление человечества о Вселенной, как это сделал в своё время "Хаббл". Только у "Уэбба" гораздо больше возможностей, а значит, и перспектив.

Так или иначе, экзопланетами, или планетами вне Солнечной системы, занимаются многие телескопы. Первые планеты такого типа были открыты в конце 80-х – начале 90-х. Некоторые из открытий подтвердили лишь в начале нулевых. Настоящим охотником на экзопланеты стал телескоп "Кеплер" со сверхчувствительным фотометром, который запустили в 2009 году. Орбитальный телескоп TESS даже в названии содержит слово exoplanet, и этим всё сказано. "Кеплер" и TESS открывают такие объекты транзитным, по сути, самым на сегодняшний день массовым методом. Он основан на обнаружении падения светимости звезды во время прохождения планеты перед её диском. По состоянию на март 2022 года количество открытых экзопланет превысило показатель в 5 тысяч объектов. Но транзитный метод не даёт исчерпывающей информации, а лишь самую общую — массу планеты, угол наклона, среднюю плотность, радиус. Качественный рывок можно совершить, если подробно изучать атмосферу экзопланет.

"Хаббл" в 2000 году открыл экзопланету HD 209458 b и впервые в истории подробно изучил её атмосферу, а также обнаружил водяной пар на внесолнечной планете K2-18 b. Но его мощности сегодня недостаточно для тех запросов, что накопились у науки.

В декабре 2021-го был запущен телескоп НАСА "Уэбб". Он в несколько раз мощнее "Хаббла" по ряду показателей. Если "Хаббл" расположен на околоземной орбите на расстоянии 570 километров от Земли, то телескоп "Уэбба" запущен на полтора миллиона километров — в точку Лагранжа L2. У него шире угол обзора, соответствующий волновой диапазон, разрешение, фокусное расстояние и площадь сбора света. "Хаббл" в большинстве случаев не может пробиться через плотное облако космической пыли, она для него всё равно что неприступная стена. Техника "Уэбба", в свою очередь, позволяет разглядеть похожие на Землю экзопланеты в радиусе 15 световых лет от нас. Землеподобные планеты — это особая категория экзопланет, напрямую связанная с потенциалом для зарождения жизни. Не исключено, что одна из них будет похожа на Пандору из фильма "Аватар" и новейший телескоп будет первым устройством, обнаружившим её.

Индекс возникновения жизни

Экзопланет, подобных Земле, не так много — лишь сотая часть от общего числа открытых на сегодняшний день. Индекс подобия Земле может принимать значения в диапазоне от 0 до 1, где "0" — антиидеал, а "1" — эталон. Также существует шкала температур и соответствующая классификация, где идеал — мезопланета (Земля как раз относится сюда), там температурный градиент — от 0 до 50 °C. Затем идёт холодный антиидеал — гипопсихропланета, где экстремально низкие температуры — от -50 °C и ниже, а также горячий антиидеал — гипертермопланета, где температура — от 100 °C и выше. Есть также психропланеты и термопланеты — тоже очень холодно или горячо, но уже ближе к 0 °C. На всех небесных телах, что не относятся к мезопланетам, могут жить разве что экстремофилы — формы жизни, приспособленные к существованию и размножению в экстремальных условиях. Они — отдельный предмет обсуждения.

Теперь, если взять экзопланеты, претендующие на сходство с Землёй по индексу подобия, выяснится, что из претендентов на звание "оазиса жизни" там всего четыре. Это уже более чем тысячная часть от всех открытых на сегодняшний день экзопланет. Среди них Росс 128 b, Глизе 667 Cс, HD 85512 b, которая тем не менее относится к термопланетам. То есть в её температурный разброс от 50 до 100 °C попадает Эль-Азизия в Ливии, где был зафиксирован рекорд в 66 °C. В кандидатах на землеподобность ходит и GJ 1061 c, но она под вопросом. К мезопланетам относится и Kepler-296 e, но она расположена в 270 световых годах от Земли, а это мешает её попаданию в данный рейтинг, который не должен превышать показатель в 50 световых лет.

Особняком стоит экзопланета Teegarden b с индексом подобия Земле в 0,96 единиц. Расположена на орбите в пределах обитаемой зоны Звезды Тигардена на расстоянии в 12,5 световых лет от Солнечной системы, то есть четвёртая по близости к Земле. На 60% она идентична Земле, и можно было бы предположить, что там могли зародиться некие формы жизни, но всё портит отсутствие пояса Ван Аллена, который защищает ту же Землю от космической радиации. Если предположить даже наличие особо устойчивых к радиации форм, из-за разброса температур каких-то сложных форм жизни зародиться там не может.

Сегодня пристальное внимание учёных обращено на экзопланеты скального типа. Это кандидаты на звание экзопланет земного типа, расположенные как раз в радиусе 50 световых лет.

Самый большой телескоп и его открытие

Как уже было отмечено, именно телескоп "Джеймс Уэбб" позволит учёным не только фиксировать экзопланеты, но и выяснить, есть ли на них жизнь. Недавно швейцарские учёные открыли новый метод, который позволит находить потенциальные биомаркеры, или признаки жизни. Долгое время астрофизики ориентировались на такой критерий, как наличие на экзопланетах воды, кислорода, азота и углекислого газа.

Докторант Цюрихского университета Марит Мол Лус предложила обратить более пристальное внимание на наличие плотной атмосферы, состоящей из водорода и гелия. По её словам, этого вполне достаточно для того, чтобы поддерживать температуру и условия, необходимые для появления жизни.

— Наше исследование показывает, что нужно менять подход к определению потенциально обитаемых планет, — подчеркнула Марит Мол Лус.

По словам её коллеги Равита Хелледа, современные учёные слишком зациклены на сопоставлении экзопланет с биомаркерами с нашей Землёй. Как известно, на нашей планете в атмосфере преобладают азот и кислород и в малом количестве присутствуют водород и гелий. Но так было не всегда.

— Когда планета только формируется, её окружает первичная атмосфера, которая состоит в основном из водорода и гелия, основных составляющих облака газа и пыли, из которого сформировалось Солнце и наша система, — отмечает Равит Хеллед.

Но Земля быстро лишилась первичной атмосферы из-за метеоритного дождя и солнечной радиации. По сути, пошла по уникальному пути, и стопроцентно идентичной Земле планеты учёные могут не найти. Но что, если искомая экзопланета пойдёт по своему пути, а роль "инкубатора жизни" выполнит первичная атмосфера из водорода и гелия?

— Такие массивные первичные атмосферы также могут вызывать парниковый эффект, почти как сегодняшняя атмосфера Земли. Поэтому мы хотели выяснить, могут ли эти атмосферы помочь создать необходимые условия для жидкой воды, — пояснил Равит Хеллед.

Цена космического заказа

После проведённого моделирования выяснилось, что некоторые планеты, окружённые облаком гелия и водорода, могут быть достаточно тёплыми для поддержания жизни, а также могут содержать источники воды. И всё это равновесие могло сохраняться на них на протяжении 10 млрд лет. Однако большинство открытых на сегодняшний момент экзопланет скального типа расположены слишком близко к своим звёздам. И тут включается ещё один критерий — "зона обитаемости своей звезды". Планета Земля находится в зоне обитаемости Солнца, и потому на ней существует жизнь. Если планета слишком удалена от звезды, там очень холодно, а если находится чересчур близко, на ней "адское пекло".

Сейчас вся надежда на телескоп "Уэбб", который может ускорить процесс поиска "правильных планет" с первичной атмосферой, парниковым эффектом, сбалансированной зоной обитаемости. Он уже не раз показывал эффективность работы в инфракрасном диапазоне, который позволяет изучать атмосферу дальних планет, и сейчас его планируют использовать более плотно.

С момента запуска "Уэбба" прошло полгода, и он не раскрыл свой потенциал на полную мощность. При этом учёные просят воздержаться от оптимистичных прогнозов. Да, вполне возможно, что скоро будет открыта планета с идеальными условиями, но на ней могут обитать непривычные для человеческого разума формы жизни.

К тому же, обнаружив такую планету, человечество не скоро закроет вопрос, что с ней делать. Пока самый дальний полёт совершён беспилотным зондом "Вояджер-1", сейчас он в 23,3 млрд км от Земли, это примерно 0,00246281194 световых лет. Но отправить туда команду астронавтов представляется чем-то немыслимым. А экзопланеты находятся ещё дальше. Так что всё происходящее сегодня в астрофизике — это работа впрок, движение к качественному скачку. Спрогнозировать, когда он произойдёт, невозможно.