«Поиски второй Земли»: есть ли жизнь за пределами Солнечной системы

Отрывок из книги «Фабрика планет» — о том, есть ли планеты, подобные Земле — полностью покрытые океаном или лавой, вращающиеся вокруг мёртвых звёзд или планеты с двумя солнцами.

Кеплер-22 b — не вторая Земля

Не прошло и трёх днеи? после запуска космического телескопа «Кеплер», как исследователям улыбнулась удача: они обнаружили прохождение планеты в пределах зоны умеренных температур её звезды.

Чтобы официально подтвердить находку, пришлось потратить ещё два с половинои? года: присутствие планеты считается доказанным, если она наблюдалась не менее трёх раз. Столько же раз должны быть измерены её параметры.

Первое прохождение телескоп зафиксировал практически сразу — в мае 2009 года. К декабрю 2010 года астрономам удалось наблюдать ещё два прохождения. Год спустя, 5 декабря 2011 года, было официальное заявление об открытии первои? проходящеи? планеты в пределах зоны умеренных температур.

«Что касается обнаружения этои? планеты, — рассказывал Уильям Боруки, руководившии? командои? сотрудников Научно-исследовательского центра Эи?мса NASA в Калифорнии, — нам просто повезло».

Новая планета получила обозначение Кеплер-22 b. Она обращается вокруг солнцеподобнои? звезды на расстоянии 600 световых лет от нас в созвездии Лебедь. Находясь на расстоянии 0,85 а.е. от своеи? звезды, Кеплер-22 b совершает полныи? оборот вокруг нее за 290 днеи?. Если бы Кеплер-22 b была частью Солнечнои? системы, она бы располагалась точно на границе зоны умеренных температур, рядом с Венерои?.

Если бы к тому же планета была похожа на Землю, это бы означало, что в течение короткого периода в начале её эволюции на неи? могла бы быть жидкая вода.

Однако звезда Кеплер-22 чуть меньше и холоднее Солнца — она излучает на 25% меньше света. Из-за более слабого излучения зона умеренных температур сдвигается ближе к звезде, в результате чего Кеплер-22 b оказывается в границах зоны умеренных температур (в её консервативнои? трактовке). Означает ли это, что с открытием этои? планеты мы впервые получили возможность наблюдать вторую Землю?

СМИ были категоричны: «Наи?дена землеподобная планета с орбитои? на пригодном для жизни расстоянии», — гласил заголовок на первои? странице саи?та National Geographic. «Кеплер-22 b — “новая земля”», — громогласно заявляла The Telegraph. «Получено официальное подтверждение открытия похожеи? на Землю планеты», — не отставали на BBC.

Однако после публикации результатов проведенных измерении? стало очевидно, что всё не так просто. Оказалось, что радиус планеты составляет 2,4 радиуса Земли, то есть Кеплер-22 b относится к загадочному классу суперземель — планет, которые больше каменистых миров вроде нашего, но меньше газовых гигантов.

Эта планета слишком мала и находится слишком далеко от звезды, чтобы вызывать колебания в движении звезды, которые можно зафиксировать имеющимися у нас методами. Поэтому измерить массу Кеплер-22 b невозможно. Так что рассчитать её объёмную плотность, чтобы понять, является она планетои? земного типа или же на неи? много горячего газа, мы тоже не можем.

Имея данные измерения лучевои? скорости, мы также могли бы оценить эксцентриситет орбиты планеты. При наблюдении прохождения Кеплер-22 b астрономы видят только часть орбиты в тот момент, когда планета проходит по диску звезды, тогда как при измерении лучевои? скорости звезды с целью оценки изменении? в её движении они могут проследить за планетои? на всем протяжении её орбиты.

При обнаружении планеты транзитным методом сохраняется вероятность того, что она может двигаться по сильно вытянутои? орбите и проводить лишь крошечную часть своего года в зоне умеренных температур.

Согласно эмпирически выведенному правилу, планета, чеи? диаметр превышает 1,5 диаметра Земли, вряд ли может иметь твердую поверхность. Однако промежуточныи? размер Кеплер-22 b может указывать на то, что этот мир покрыт водои?. В этом случае твердое ядро планеты должно быть полностью покрыто океанскои? толщеи? в тысячи километров.

Учитывая, что само определение понятия зоны умеренных температур основано на наличии воды на поверхности планеты, факт наличия покрывающего всю поверхность планеты моря должен рассматриваться как аргумент за при обсуждении вопроса о жизнепригодности. Проблема в том, что, как мы могли видеть в предшествующеи? главе, отсутствие суши является препятствием для круговорота углерода. Это не значит, что на такои? планете не может быть жизни, но, если она там всё-таки есть, она точно будет отличаться от всего, что есть на Земле.

Так что несмотря на громкие заявления Кеплер-22 b не является второи? Землеи?.

Красный карлик Глизе

В 2010 году самым обсуждаемым местом в Галактике стала область вокруг красного карлика Глизе 581. Эта маленькая звезда в три раза легче Солнца находится на расстоянии 20 световых лет от нас в созвездии Весы.

В её неярком свете, как считалось, пригрелись шесть планет с массами в диапазоне между массами Земли и Нептуна — своего рода Солнечная система в миниатюре. Но самое интересное, что три из этих миров казались потенциально пригодными для жизни.

Пространство вокруг красных карликов с массами от однои? десятои? до половины массы Солнца — отличное место для поиска небольших планет. Во-первых, эти тусклые звездные очаги многочисленны: на них приходится три четверти всех звёзд в нашеи? Галактике.

Разница в размере между такои? звездои? и планетои? не так велика, что делает более заметными как падения яркости при прохождении планеты по диску звезды, так и изменения лучевои? скорости звезды и тем самым облегчает фиксацию этих явлении?. Наконец, из-за низкои? светимости зона умеренных температур в планетных системах вокруг таких звёзд находится намного ближе к светилу.

Благодаря такои? близости повышается вероятность прохождения по диску звезды планеты, находящеи?ся в пределах зоны умеренных температур, поскольку избежать этого сможет только планета с очень большим значением наклонения орбиты.

Кроме того, короткая орбита означает короткии? год. То есть прохождения должны случаться часто, увеличивая шансы на успех при поиске планеты. Таким образом, в планетных системах в окрестностях красных карликов проще всего наи?ти миры с твёрдои? поверхностью в зоне умеренных температур.

В период с 2005 по 2010 годы с помощью метода лучевых скоростеи? на орбитах вокруг Глизе 581 было наи?дено шесть планет. Первои?, как и можно было предположить, была обнаружена самая тяжёлая планета с самои? короткои? орбитои? — Глизе 581 b, представляющая собои? мир размером с Нептун с массои? почти в 16 масс Земли и периодом обращения чуть больше пяти суток.

Следующие две обнаруженные планеты оказались суперземлями — Глизе 581 c и Глизе 581 d. Их массы равны 5,5–6 массам Земли, а периоды обращения составляют 13 и 67 суток соответственно.

Затем была наи?дена планета, масса которои? превышает земную всего в два раза. Глизе 581 e движется вокруг звезды по ещё более короткои? орбите, чем три её планетных сестры: её период обращения составляет всего лишь 3,1 дня.

Наконец, были обнаружены ещё две суперземли, которые находятся несколько дальше. Одна из них, Глизе 581 f, имеет массу, равную 7 массам Земли, и период обращения 433 суток, вторая, Глизе 581 g, весит как 4 Земли и совершает полныи? оборот вокруг звезды за один месяц.

За исключением самои? дальнеи? суперземли — Глизе 581 f, все планеты обращаются намного ближе к своеи? звезде, чем любая из планет в Солнечнои? системе. Но светимость красного карлика настолько низка, что даже на таком расстоянии она вряд ли способна превратить планету в выжженныи? мир.

Поэтому зона умеренных температур, то есть пространство, где вода могла бы сохраняться в жидкои? форме на землеподобнои? планете, там находится не в раи?оне 1 а.е., а между 0,009 а.е. и 0,023 а.е., что соответствует круговым орбитам продолжительностью 18–27 суток.

Это означает, что планеты Глизе 581 d и Глизе 581 g находятся внутри зоны умеренных температур, тогда как Глизе 581 c не хватает совсем чуть-чуть до внутреннеи? границы диапазона. Похожи ли эти миры на Землю настолько, чтобы их поверхность омывалась водами океана?

В момент её открытия в 2007 году Глизе 581 c была экзопланетои? с самои? маленькои? массои? за всю историю наблюдении?. Хотя орбита её пролегает практически по внутреннеи? границе зоны умеренных температур, среди астрономов нашлись оптимисты, которые предположили, что планета может быть укрыта слоем отражающих облаков, защищающим её от чрезмерного нагрева.

Согласно расчетам, чтобы средняя температура на поверхности Глизе 581 c, которая по всем остальным параметрам похожа на Землю, не поднималась выше 20 °C, в её текущем местоположении защитныи? слои? должен отражать 50% излучения звезды. Если Земля отражает всего лишь около 30% солнечного света, облака на Венере не пропускают 64% добравшихся до них лучеи?.

Поэтому цифра 50% не показалась исследователям чем-то невозможным, что позволило им провозгласить Глизе 581 c в статье об её открытии «самои? похожеи? на Землю из всех известных экзопланет». Это было смелое заявление, но может ли горстка облаков делать Глизе 581 c серьёзным претендентом на статус пригодного для жизни мира? К сожалению, всё говорит об обратном.

Первая проблема — месторасположение планеты. Даже с поправкои? на слабое тепловое излучение красного карлика Глизе 581 c всё равно находится слишком близко к своеи? звезде — ближе, чем Венера к Солнцу. Даже если облака на Венере обладают отражающеи? способностью, это не делает атмосферу планеты, порожденную мощнеи?шим парниковым эффектом, менее удушающеи?.

Масса планеты ещё больше усугубляет ситуацию. Будь строение Глизе 581 c таким же, как у Земли, при массе 5,5 массы Земли её радиус должен был бы составлять 1,5 радиуса нашеи? планеты. В этом случае она оказывается точно на границе между планетои? земного типа и газовым мини-нептуном.

Но даже если у неё твердая поверхность, из-за создаваемои? большои? массои? сильнои? гравитации вокруг неё должна была бы сформироваться толстая атмосфера.

Такая атмосфера отлично удерживает тепло, поэтому температура поверхности должна быть намного выше даже тои?, что могла бы быть на краю зоны умеренных температур. Более сильная гравитация также означает большую вероятность сохранения первичнои? водородно-гелиевои? атмосферы, представляющеи? собои? сухои? никчёмныи? хаос.

Если и после этих возражении? у кого-нибудь возникло бы желание провести отпуск на Глизе 581 c, стоит упомянуть ещё одно обстоятельство: близость планеты к звезде указывает на высокии? риск приливного захвата. Как и покрытыи? лавои? мир CoRot-7 b, в случае попадания в приливныи? захват Глизе 581 c оказалась бы разделена на дневную и ночную стороны, то есть она всегда была бы повернута к жару звезды однои? сторонои?.

На таких «расколотых» мирах затруднено перераспределение тепла по всеи? поверхности. Из этого не обязательно следует, что планета представляет собои? бесплодную пустыню, но громадная разница температур вряд ли способствует развитию жизни. В совокупности перечисленные факторы являются достаточно вескими, чтобы исключить Глизе 581 c из списка серьёзных претендентов на роль пригодных для жизни.

В отличие от Глизе 581 c, основная проблема при оценке жизнепригодности планет Глизе 581 d и Глизе 581 g заключается в отсутствии убедительных доказательств их существования.

Через две недели после объявления об открытии Глизе 581 f и Глизе 581 g их существования было подвергнуто сомнению на встрече Международного астрономического союза в Италии. В ходе новых наблюдении? удалось подтвердить присутствие только планет b, c, d и e — обнаружить чётко различимые признаки планет f и g исследователям так и не удалось.

Выделить в колебательных движениях звезды ритмичные скачки, вызванные взаимодеи?ствием с несколькими обращающимися вокруг нее планетами, — задача непростая. Особенно если речь идет о красных карликах, тусклых и, как правило, отличающихся строптивым характером. А ведь даже незначительные возмущения на огненнои? поверхности звезды способны привести к ошибке при наблюдении.

С отсутствием Глизе 581 f астрономы смирились, но за Глизе 581 g они решили побороться. Дальнеи?шие исследования не позволили дать однозначныи? ответ на вопрос о том, существует ли эта планета на самом деле, или же она — призрак. Если она существует, то совершенно точно находится в пределах зоны умеренных температур. Более того, с массои?, превышающеи? массу Земли всего лишь в три раза, у Глизе 581 g было бы намного больше шансов оказаться каменистои? планетои?, чем у Глизе 581 c.

Когда до осуществления заветнои? мечты о пригоднои? для жизни планете оставался всего один шаг, каждыи? хотел, чтобы существование Глизе 581 g подтвердилось.

В 2014 году с мечтами пришлось распрощаться. В ходе дальнеи?ших наблюдении? на поверхности Глизе 581 была зафиксирована необычная магнитная активность. Намагниченныи? участок, похожии? на солнечное пятно, вступал во взаимодеи?ствие с окружающим потоком звёздного вещества. При вращении звезды из-за пятна создавалась видимость периодических колебании?, которые можно было легко спутать с последствиями взаимодеи?ствия с планетои?.

Когда эту помеху убрали из данных, от Глизе 581 g не осталось и следа. Но ещё хуже было то, что и о Глизе 581 d также пришлось забыть. Согласно расчетам, орбита этои? второи? жертвы исправления была в два раза длиннее орбиты Глизе 581 g. Причинои? ошибки была та же самая аномалия.

Хотя точка в истории с планетами вокруг Глизе 581 ещё не поставлена и наблюдения продолжаются, мечты о даче на Глизе 581 d и g превращаются в несбыточные грезы из-за возможного отсутствия их объекта. Стало понятно, что поиск планет с небольшои? массои? — задача невероятно трудная.

Надежда на красного карлика — Кеплер-186 f

Поиск землеподобных планет в зоне умеренных температур с помощью транзитного метода затруднен двумя обстоятельствами.

Первое связано с тем, что вероятность прохождения планеты, похожеи? на нашу, по диску звезды, похожеи? на Солнце, составляет всего лишь 0,1%. При наблюдении под большинством углов небольшие далекие земли не пересекают диски своих солнц.

Вторая проблема: яркость звезды при прохождении планеты между неи? и наблюдателем снижается не более чем на одну десятитысячную. «Представьте себе самыи? высокии? отель в Нью-И?орке, во всех окнах которого горит свет, — говорит научныи? сотрудник проекта «Кеплер» Натали Баталья. — И кто-то один в этом отеле приспускает жалюзи на 2 см. Как раз такое изменение яркости мы пытаемся зафиксировать, когда маленькая планета размером с Землю проходит мимо звезды размером с Солнце».

И всё-таки 18 апреля 2014 года команде исследователеи?, работающих с телескопом «Кеплер», удалось это сделать. Кеплер-186 — красныи? карлик приблизительно в 500 световых лет от Солнца в созвездии Лебедь.

При массе, равнои? половине массы Солнца, звезда обладает очень низкои? светимостью, благодаря чему зона умеренных температур сильно сдвинута к центру, занимая область между 0,22 а. е. и 0,4 а. е., — она почти полностью умещается в пространстве, ограниченном орбитои? Меркурия в Солнечнои? системе, которая проходит на расстоянии 0,4 а. е. от нашеи? звезды.

Наи?денная планета, получившая название Кеплер-186 f, располагается на внешнеи? границе консервативного варианта зоны умеренных температур и имеет период обращения 130 днеи?. Её радиус равен 1,11 радиуса Земли, что делает Кеплер-186 f завораживающе похожеи? на нашу планету. При столь небольшом размере Кеплер-186 f уж точно должна была иметь твёрдую поверхность.

Как и Земля, Кеплер-186 f является частью системы планет. Ранее рядом со звездои? Кеплер-186 уже были обнаружены четыре других планеты — все меньше 1,5 радиуса Земли. Их орбиты пролегают ближе к звезде, чем орбита Кеплер-186 f: им требуется 4–24 суток, чтобы совершить полныи? оборот вокруг красного карлика.

Хотя они также невелики и потому вполне могут иметь твердую поверхность, эти четыре планеты находятся вне внутреннеи? границы зоны умеренных температур, то есть, даже если условия на их поверхности в точности повторяют условия на поверхности Земли, там всё равно слишком жарко, чтобы вода могла существовать в жидкои? форме.

В отличие от нашеи? планетнои? системы, наиболее вероятныи? кандидат на роль пригоднои? для жизни планеты в системе Кеплер-186 — самая дальняя планета. Означает ли это, что мы, наконец, нашли близнеца Земли?

Единственныи? надёжныи? способ выяснить, похожа ли Кеплер-186 f на нашу планету, — обследовать её поверхность. Конечно, у нас пока нет космических аппаратов, которые бы могли совершать путешествия между звездами. Некоторые подсказки можно наи?ти в данных об атмосфере планеты. Как мы уже видели на примере 55 Рака e, свет, проходящии? через газовую оболочку планеты при её прохождении по диску звезды, может стать источником ин- формации об условиях на её поверхности.

Например, в атмосфере Земли много кислорода и метана, выделяемых многочисленными формами жизни на поверхности нашеи? планеты. К сожалению, расстояние от нас до Кеплер-186 f составляет 500 световых лет. Это обстоятельство вкупе с её маленькими размерами исключает возможность изучения атмосферы. Остаётся только строить предположения.

Уже само расположение Кеплер-186 f ставит ряд интересных вопросов. Первыи? и неизбежныи? — о границах зоны умеренных температур в окрестностях красных карликов. Находясь рядом со звездои?, планеты в этои? области с потенциально благоприятными условиями движутся по куда более коротким орбитам, чем орбита Земли.

Процесс формирования в таком месте должен был протекать быстро. На таких орбитах за то время, которое требуется Земле, чтобы облететь Солнце, планетезимали могли совершать три полных оборота. Значит, и сталкиваться они должны были чаще. Большая частота столкновении? должна способствовать более быстрому накоплению вещества.

На первыи? взгляд, это даёт нам повод для оптимизма: высокая скорость формирования планет означает, что было больше времени на формирование пригоднои? для жизни среды в условиях зоны умеренных температур. Но за всё нужно платить.

В самом начале своего существования красныи? карлик — это настоящее раскалённое чудовище. До начала термоядернои? реакции красныи? протокарлик отличается удивительно высоким уровнем светимости. В отличие от более крупных солнцеподобных звезд, в процессе формирования он может излучать в 100 раз больше света, чем в своем обычном состоянии после начала превращения водорода в гелии?.

Если планета формируется во время этои? раннеи? фазы, вся вода на её поверхности может испариться до момента остывания звезды. Даже если сеи?час температура на поверхности Кеплер-186 f и допускает наличие воды в жидкои? форме, самои? воды там уже может просто не быть.

Ещё одна проблема, которая связана с близостью к звезде, — скорость планетезималеи? и эмбрионов планет. Эти каменистые тела быстро двигались по сходящимся орбитам. На последнем этапе процесса планетообразования всё могло закончиться сериеи? столкновении? на высоких скоростях, способных лишить молодои? мир и атмосферы, и воды.

Второи? вопрос обусловлен тем фактом, что, судя по всему, других планет после Кеплер-186 f в этои? системе нет. Разумеется, Земля находится в совершенно других условиях. За её орбитои? располагаются Марс и область газовых гигантов. Особенно большую роль в эволюции нашеи? планеты сыграл Юпитер, которыи? благодаря своеи? мощнои? гравитации, как считается, обеспечил попадание во внутреннюю область Солнечнои? системы богатых льдом планетезималеи?, давших воду для наших океанов.

Следует оговориться, что такои? гравитационныи? пинбол с участием газовых гигантов может иметь печальные последствия для молодои? планеты. Однако отсутствие воды в любом случае исключает возможность зарождения жизни земного типа. Значит ли это, что отсутствие такого рассеивателя планетезималеи? делает Кеплер-186 f безводным миром?

В этом смысле положение Кеплер-186 f кажется весьма незавидным. Впрочем, если взглянуть на устрои?ство планетнои? системы, можно прии?ти к другому, более обнадёживающему выводу.

Её составляют пять миров, находящихся в непосредственнои? близости от звезды. Чтобы они могли сформироваться на своих текущих орбитах, первичныи? протопланетныи? диск должен был содержать объём вещества, превышающии? массу Земли в 10 раз. Причём большая его часть должна была быть сосредоточена на расстоянии не более 0,4 а. е. от звезды.

Как показывают наблюдения, в дисках вокруг молодых звёзд такое распределение вещества встречается весьма редко. Более вероятным представляется сценарии?, в котором планеты сформировались на большем расстоянии от звезды Кеплер-186, а затем мигрировали во внутреннюю часть системы.

В этом случае отпадают обе проблемы: при формировании в более холодных внешних областях диска планеты могли обрасти льдом, что позже позволило им превратиться в богатые водои? миры. По завершении бурнои? фазы протозвезды планеты могли мигрировать к центру системы в результате взаимодеи?ствия с газом.

И вот тут-то краи?нее положение Кеплер-186 f могло быть еи? только на руку, так еи? было проще не попасть в приливныи? захват. При обычном вращении поверхность планеты нагревается равномерно, поэтому на неи? вполне могла сохраниться вода.

И всё же... Миграция не даёт ответов на все вопросы. Кеплер-186 f всё равно находится слишком близко к звезде — на неи? должны в полнои? мере ощущаться все «прелести» космическои? погоды, тон в которои? задаёт звёздныи? ветер.

Без мощного магнитного поля планета легко могла лишиться своеи? атмосферы, а возможность формирования магнитного поля планеты определяется ее геологическим строением. Однако даже если размер Кеплер-186 f свидетельствует в пользу того, что это каменистая планета, узнать, какие именно горные породы её образуют, не представляется возможным.

Судя по разнообразию гипотез относительно состава 55 Рака e, сам факт наличия твёрдои? поверхности далеко не всегда означает, что планета походит на Землю. Масса планеты может существенно различаться в зависимости от соотношения железа, силикатов и льда.

При таком же размере, как у Земли, состоящая из одного лишь железа планета может весить почти как 4 наших Земли, тогда как масса планеты, в составе которои? преобладает лёд, будет равна 0,32 массы Земли.

Если доля железа и силикатов в составе Кеплер-186 f такая же, как у нашеи? планеты, её масса составляет 1,44 массы Земли. Таким образом, несмотря на сходство в размере, которыи? всего лишь на 10% превышает размер Земли, масса её может быть совсем другои? — от трети до полутора масс нашеи? планеты.

Столь значительныи? разброс в оценках массы означает, что разные её значения будут соответствовать разным уровням гравитации и внутреннего давления.

В итоге горные породы на такои? планете могут не обладать тои? степенью подвижности, которая необходима для формирования магнитного поля. Различия в гравитации также приведут к различиям в составе захваченных планетои? атмосферных газов.

Однако, как и в других случаях, мы можем посмотреть на эту ситуацию с инои? точки зрения. Как показывают результаты моделирования воздеи?ствия звездных вспышек и звездного ветра на планету без магнитного поля в системах с красным карликом, подвержены ему могут быть только верхние слои атмосферы.

Бурная активность звезды может обходить сторонои? поверхность планеты, не причиняя еи? вреда. Впрочем, пока мы не исследуем атмосферы некрупных планет за пределами нашеи? Солнечнои? системы, все рассуждения об условиях на их поверхности будут носить во многом умозрительныи? характер.

Стоит также отметить, что на Земле жизнь присутствует даже в самых непривлекательных местах. Например, так называемые экстремофилы могут выживать (как следует из их названия) в условиях экстремальных температур, или при экстремальных уровнях кислотности, давления и сухости.

Один из самых устои?чивых к условиям внешнеи? среды вид существ — тихоходки, или «водяные медведи», представляющие собои? существа микроскопических размеров с четырьмя парами ног, — могут впадать в состояние анабиоза при температурах от –256 °C до +151 °C, выдерживать колоссальное давление в океанских впадинах и переносить в сотни раз большие дозы радиации, чем люди.

Однако мы так до сих пор и не знаем, может ли жизнь зародиться в столь экстремальных условиях, или же она всего лишь адаптируется к ним в процессе эволюции.

Что касается Кеплер-186 f, то вполне возможно, что эта планета обитаема и на неи? есть жизнь. Мы можем сказать, что её месторасположение и размер не исключают такую возможность, но при этом не можем утверждать, что одни лишь эти факторы гарантируют пригодность для жизни.

Учитывая, что Кеплер-186 f обращается вокруг красного карлика, жизнь на неи? в любом случае должна очень сильно отличаться от жизни на нашеи? собственнои? планете. В полдень звезда в её небе из-за близости к планете должна казаться на треть больше Солнца, но при этом яркость её будет соответствовать яркости Солнца за час до заката на Земле. Возможно, этот скудно освещенныи? далёкии? мир и является дальним родственником Земли, но её братом-близнецом он совершенно точно быть не может.

Открытие Проксима Центавра b

К ноябрю 2016 года было подтверждено существование 93 планет, орбиты которых проходят в границах зон умеренных температур вокруг их звезд, и 217 планет, орбиты которых хотя бы частично пересекают эту область. У пяти из них радиус меньше 1б5 радиусов Земли, а поверхность — твёрдая. Самои? маленькои? и близкои? по размеру к Земле является Кеплер-186 f.

Что это говорит нам о редкости миров, которые потенциально могут походить на Землю? Несмотря на немногочисленность обнаруженных маленьких планет, общее количество открытых новых миров огромно. Оно настолько велико, что мы можем сделать некоторые статистические выводы.

На основе данных о 2300 планетах, открытых к 2013 году с помощью телескопа «Кеплер», можно предположить, что рядом с однои? из шести звёзд имеется планета размером в 80–125% размера Земли.

Таким образом вокруг 100 млрд звёзд в Млечном Пути должно быть 17 млрд землеподобных миров. При расчёте этого впечатляюще большого числа учитывалось как количество планет, которые могли быть пропущены при наблюдении, так и число возможных ошибок.

Однако эти поправки относились только к планетам с периодами обращения менее 85 суток. Количество обнаруженных планет с большими периодами обращения было недостаточным для проведения полноценного расчёта. При столь недолгои? продолжительности года большинство из этих 17 млрд миров слишком горячие и находятся за границами зоны умеренных температур.

Чтобы решить эту проблему, был проведён ещё один расчет — на этот раз для планет, обращающихся вокруг красных карликов. Наблюдать за некрупными мирами вокруг этих звёзд проще, в особенности в границах зоны умеренных температур, в которои? планета на короткои? орбите проходит по диску своеи? звезды примерно пять раз в течение одного земного года.

Результаты изучения почти 4000 карликовых звезд показывают, что практически у 40% из них есть планета, которая с большои? долеи? вероятности имеет твердую поверхность. Причем 15% таких планет находятся в пределах зоны умеренных температур. Это означает, что в зоне умеренных температур однои? из звёзд на расстоянии менее 10 световых лет от Земли, скорее всего, существует землеподобная планета.

Одна мысль об этом будоражит воображение. Где же находится ближаи?шая к нам каменистая планета?

Летом 2016 года появилась надежда на то, что, возможно, мы наконец нашли ответ на этот вопрос: рядом со звездои? Проксима Центавра (она же альфа Центавра С), тусклым третьим компонентом трои?нои? звезднои? системы, соседствующим с двои?нои? звездои? альфа Центавра, была открыта новая планета.

Из трех звёзд этои? системы ближаи?шеи? к Земле является как раз Проксима Центавра. Расстояние до нее составляет 4,22 световых года, тогда как расстояние до альфы Центавра — 4,3 световых года.

Между двои?нои? звездои? и третьеи? звездои? пролегает огромныи? отрезок пространства длинои? 13 тысяч а.е., которыи? заставляет задуматься, а деи?ствительно ли данное трио образует единую систему, или же Проксима Центавра просто проходит через двои?ную систему.

Независимо от ответа, Проксима Центавра — наш ближаи?шии? сосед, а значит, любая планета рядом с неи? автоматически становится ближаи?шеи? к нам экзопланетои?. Поэтому открытие планеты Проксима Центавра b закономерно вызвало повышенныи? интерес.

Эта планета была обнаружена с помощью метода лучевых скоростеи?. Минимальная оценка её массы — 1,3 массы Земли. Не имея возможности наблюдать за её прохождением, мы не можем определить ориентацию её орбиты или точно вычислить её массу.

Если орбита Проксимы Центавра b расположена под углом более 15% к лучу зрения наблюдателя с поверхности Земли, тогда её масса должна быть в диапазоне значении?, характерном для мини-нептунов. Но всё-таки более вероятнои? представляется гипотеза о том, что масса нашего ближаи?шего соседа сопоставима с массои? каменистои? планеты.

Орбита планеты пролегает всего лишь в 0,05 а.е. от Проксимы Центавра, а год на неи? длится 11,2 дня. В связи с этим было бы логичным предположить, что она представляет собои? раскалённыи? мир, покрытыи? лавои?, но Проксима Центавра — тусклая звезда даже по меркам красных карликов.

Её масса составляет лишь 10% массы Солнца, а излучение настолько слабое, что даже та область, в которои? находится Проксима Центавра b, относится к зоне умеренных температур.

Разумеется, тот факт, что исходящии? от звезды сеи?час поток энергии так слаб, вовсе не отменяет проблемы, с которыми приходится сталкиваться планетам в системах с красными карликами, таким, например, как Кеплер-186 f.

Проксима Центавра до сих пор демонстрирует высокую активность, сопровождающуюся мощнеи?шими вспышками, которые периодически обрушивают на обращающуюся вблизи планету излучение в сотни раз большеи? мощности, чем излучение Солнца, достигающее Земли. Если Проксима Центавра b не защищена мощным магнитным полем, она вполне могла лишиться своеи? атмосферы.

Учитывая чрезвычаи?но короткую орбиту планеты, она почти наверняка находится в приливном захвате. Потеря атмосферы в этом случае может иметь краи?не негативные последствия: в отсутствие атмосферы, обеспечивающеи? перераспределение тепла, планета разделится на два полушария — одно с обжигающеи? жарои?, соответствующее вечному дню, и второе с леденящим холодом, где царит вечная ночь.

В связи с повышеннои? активностью звезды может оказаться, что Проксима Центавра b — результат ошибки. Когда на поверхности звезды постоянно что-то происходит и меняется, распознать мельчаи?шие колебания, вызванные влиянием экзопланеты, становится ещё труднее.

Несмотря на всю неоднозначность, близость Проксимы Центавра b делает эту находку одним из самых захватывающих открытии? в истории изучения экзопланет.

Если в будущем при наблюдении удастся изучить атмосферу этои? планеты, мы сможем получить представление об условиях на поверхности планет вокруг красных карликов. Проще всего это сделать в момент прохождения планеты по диску звезды. До сих пор зафиксировать такое прохождение не удавалось, и вероятность того, что нам когда-нибудь улыбнётся удача, в случае с Проксимои? Центавра совсем невелика.

Впрочем, астрономы продолжают тщательно следить за неи? с целью выявления признаков периодического изменения яркости.

Второи? вариант — прямое наблюдение за планетои?. Прямое наблюдение и без того сопряжено с большими трудностями, а когда в качестве объекта выступает планета столь небольшого размера, вести его становится вдвои?не сложнее.

Но всё-таки Проксима Центавра b — ближаи?шии? к нам кандидат в экзопланеты. С вводом в эксплуатацию новых телескопов, таких как наследник «Хаббла» космическии? телескоп «Джеи?мс Уэбб» (JWST) и Широкодиапазонныи? инфракрасныи? телескоп (WFIRST), а также наземные Чрезвычаи?но большои? телескоп (ELT) и Тридцатиметровыи? телескоп (TMT), в наблюдениях за этои? планетои? начнется новыи? этап.

Сколько времени потребуется нам, чтобы добраться до Проксимы Центавра b, ближаи?шеи? к нам экзопланеты?

Хотя 4 световых года кажутся чем-то незначительным на фоне 500 световых лет, отделяющих нас от Кеплер-186 f, в деи?ствительности один световои? год соответствует умопомрачительно большому расстоянию.

Самое далекое путешествие человека в космос — это полёт вокруг Луны. В ходе него люди преодолели крохотное расстояние, равное 0,00000004 светового года. Если бы «Вояджер-1», которыи? движется с максимальнои? для космических аппаратов скоростью и находится дальше, чем любои? другои? созданныи? людьми объект, летел в соответствующем направлении, ему всё равно потребовалось бы 75 тысяч лет, чтобы добраться до Проксимы Центавра.

Есть и другие идеи, связанные с запуском миниатюрных высокоскоростных зондов, но на данном этапе мы ещё очень далеки от их реализации. Пока при изучении ближаи?ших звёзд нам приходится довольствоваться тем, что мы можем увидеть с помощью телескопа.