«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.

Не прошло и трёх дней 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 половиной 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 первой проходящей планеты в пределах зоны умеренных температур.

«Что касается обнаружения этой планеты, — рассказывал Уильям Боруки, руководивший командой сотрудников Научно-исследовательского центра Эймса NASA в Калифорнии, — нам просто повезло».

Новая планета получила обозначение Кеплер-22 b. Она обращается вокруг солнцеподобной звезды на расстоянии 600 световых лет от нас в созвездии Лебедь. Находясь на расстоянии 0,85 а.е. от своей звезды, Кеплер-22 b совершает полный оборот вокруг нее за 290 дней. Если бы Кеплер-22 b была частью Солнечной системы, она бы располагалась точно на границе зоны умеренных температур, рядом с Венерой.

Если бы к тому же планета была похожа на Землю, это бы означало, что в течение короткого периода в начале её эволюции на ней 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 консервативной трактовке). Означает ли это, что с открытием этой планеты мы впервые получили возможность наблюдать вторую Землю?

СМИ были категоричны: «Найдена землеподобная планета с орбитой на пригодном для жизни расстоянии», — гласил заголовок на первой странице сайта National Geographic. «Кеплер-22 b — “новая земля”», — громогласно заявляла The Telegraph. «Получено официальное подтверждение открытия похожей на Землю планеты», — не отставали на BBC.

Однако после публикации результатов проведенных измерений 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 планетой земного типа или же на ней много горячего газа, мы тоже не можем.

Имея данные измерения лучевой 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 лучевой скорости звезды с целью оценки изменений в её движении они могут проследить за планетой на всем протяжении её орбиты.

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

Согласно эмпирически выведенному правилу, планета, чей диаметр превышает 1,5 диаметра Земли, вряд ли может иметь твердую поверхность. Однако промежуточный размер Кеплер-22 b может указывать на то, что этот мир покрыт водой. В этом случае твердое ядро планеты должно быть полностью покрыто океанской толщей 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 предшествующей главе, отсутствие суши является препятствием для круговорота углерода. Это не значит, что на такой 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 второй Землей.

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 одной десятой 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 нашей Галактике.

Разница в размере между такой звездой и планетой не так велика, что делает более заметными как падения яркости при прохождении планеты по диску звезды, так и изменения лучевой скорости звезды и тем самым облегчает фиксацию этих явлений. Наконец, из-за низкой светимости зона умеренных температур в планетных системах вокруг таких звёзд находится намного ближе к светилу.

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

Кроме того, короткая орбита означает короткий 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 найти миры с твёрдой поверхностью в зоне умеренных температур.

В период с 2005 по 2010 годы с помощью метода лучевых скоростей на орбитах вокруг Глизе 581 было найдено шесть планет. Первой, как и можно было предположить, была обнаружена самая тяжёлая планета с самой короткой орбитой — Глизе 581 b, представляющая собой мир размером с Нептун с массой 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 найдена планета, масса которой превышает земную всего в два раза. Глизе 581 e движется вокруг звезды по ещё более короткой 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 полный оборот вокруг звезды за один месяц.

За исключением самой дальней суперземли — Глизе 581 f, все планеты обращаются намного ближе к своей звезде, чем любая из планет в Солнечной системе. Но светимость красного карлика настолько низка, что даже на таком расстоянии она вряд ли способна превратить планету в выжженный мир.

Поэтому зона умеренных температур, то есть пространство, где вода могла бы сохраняться в жидкой форме на землеподобной планете, там находится не в районе 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 внутренней 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 экзопланетой с самой маленькой массой за всю историю наблюдений. Хотя орбита её пролегает практически по внутренней 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 защитный слой должен отражать 50% излучения звезды. Если Земля отражает всего лишь около 30% солнечного света, облака на Венере не пропускают 64% добравшихся до них лучей.

Поэтому цифра 50% не показалась исследователям чем-то невозможным, что позволило им провозгласить Глизе 581 c в статье об её открытии «самой похожей 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 поправкой на слабое тепловое излучение красного карлика Глизе 581 c всё равно находится слишком близко к своей звезде — ближе, чем Венера к Солнцу. Даже если облака на Венере обладают отражающей способностью, это не делает атмосферу планеты, порожденную мощнейшим парниковым эффектом, менее удушающей.

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 нашей планеты. В этом случае она оказывается точно на границе между планетой земного типа и газовым мини-нептуном.

Но даже если у неё твердая поверхность, из-за создаваемой большой массой сильной гравитации вокруг неё должна была бы сформироваться толстая атмосфера.

Такая атмосфера отлично удерживает тепло, поэтому температура поверхности должна быть намного выше даже той, что могла бы быть на краю зоны умеренных температур. Более сильная гравитация также означает большую вероятность сохранения первичной водородно-гелиевой атмосферы, представляющей собой сухой никчёмный хаос.

Если и после этих возражений у кого-нибудь возникло бы желание провести отпуск на Глизе 581 c, стоит упомянуть ещё одно обстоятельство: близость планеты к звезде указывает на высокий риск приливного захвата. Как и покрытый лавой мир CoRot-7 b, в случае попадания в приливный захват Глизе 581 c оказалась бы разделена на дневную и ночную стороны, то есть она всегда была бы повернута к жару звезды одной стороной.

На таких «расколотых» мирах затруднено перераспределение тепла по всей поверхности. Из этого не обязательно следует, что планета представляет собой 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 наблюдений 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 взаимодействием 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 огненной поверхности звезды способны привести к ошибке при наблюдении.

С отсутствием Глизе 581 f астрономы смирились, но за Глизе 581 g они решили побороться. Дальнейшие исследования не позволили дать однозначный 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 массой, превышающей массу Земли всего лишь в три раза, у Глизе 581 g было бы намного больше шансов оказаться каменистой планетой, чем у Глизе 581 c.

Когда до осуществления заветной мечты о пригодной для жизни планете оставался всего один шаг, каждый хотел, чтобы существование Глизе 581 g подтвердилось.

В 2014 году с мечтами пришлось распрощаться. В ходе дальнейших наблюдений на поверхности Глизе 581 была зафиксирована необычная магнитная активность. Намагниченный участок, похожий на солнечное пятно, вступал во взаимодействие с окружающим потоком звёздного вещества. При вращении звезды из-за пятна создавалась видимость периодических колебаний, которые можно было легко спутать с последствиями взаимодействия с планетой.

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 этой второй жертвы исправления была в два раза длиннее орбиты Глизе 581 g. Причиной 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 небольшой массой — задача невероятно трудная.

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

Первое связано с тем, что вероятность прохождения планеты, похожей на нашу, по диску звезды, похожей 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 ней и наблюдателем снижается не более чем на одну десятитысячную. «Представьте себе самый высокий отель в Нью-Йорке, во всех окнах которого горит свет, — говорит научный 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 исследователей, работающих с телескопом «Кеплер», удалось это сделать. Кеплер-186 — красный карлик приблизительно в 500 световых лет от Солнца в созвездии Лебедь.

При массе, равной половине массы Солнца, звезда обладает очень низкой 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 орбитой Меркурия в Солнечной системе, которая проходит на расстоянии 0,4 а. е. от нашей звезды.

Найденная планета, получившая название Кеплер-186 f, располагается на внешней границе консервативного варианта зоны умеренных температур и имеет период обращения 130 дней. Её радиус равен 1,11 радиуса Земли, что делает Кеплер-186 f завораживающе похожей 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 звездой 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 полный оборот вокруг красного карлика.

Хотя они также невелики и потому вполне могут иметь твердую поверхность, эти четыре планеты находятся вне внутренней 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 жидкой форме.

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

Единственный надёжный 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 найти в данных об атмосфере планеты. Как мы уже видели на примере 55 Рака e, свет, проходящий 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 нашей 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. Первый и неизбежный — о границах зоны умеренных температур в окрестностях красных карликов. Находясь рядом со звездой, планеты в этой 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 столкновений должна способствовать более быстрому накоплению вещества.

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

В самом начале своего существования красный карлик — это настоящее раскалённое чудовище. До начала термоядерной реакции красный 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 гелий.

Если планета формируется во время этой ранней фазы, вся вода на её поверхности может испариться до момента остывания звезды. Даже если сейчас температура на поверхности Кеплер-186 f и допускает наличие воды в жидкой форме, самой воды там уже может просто не быть.

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

Второй вопрос обусловлен тем фактом, что, судя по всему, других планет после Кеплер-186 f в этой системе нет. Разумеется, Земля находится в совершенно других условиях. За её орбитой располагаются Марс и область газовых гигантов. Особенно большую роль в эволюции нашей планеты сыграл Юпитер, который благодаря своей мощной гравитации, как считается, обеспечил попадание во внутреннюю область Солнечной системы богатых льдом планетезималей, давших воду для наших океанов.

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

В этом смысле положение Кеплер-186 f кажется весьма незавидным. Впрочем, если взглянуть на устройство планетной системы, можно прийти к другому, более обнадёживающему выводу.

Её составляют пять миров, находящихся в непосредственной близости от звезды. Чтобы они могли сформироваться на своих текущих орбитах, первичный протопланетный диск должен был содержать объём вещества, превышающий 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 сценарий, 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 водой миры. По завершении бурной фазы протозвезды планеты могли мигрировать к центру системы в результате взаимодействия с газом.

И вот тут-то крайнее положение Кеплер-186 f могло быть ей только на руку, так ей было проще не попасть в приливный захват. При обычном вращении поверхность планеты нагревается равномерно, поэтому на ней 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 ней должны в полной мере ощущаться все «прелести» космической погоды, тон в которой задаёт звёздный ветер.

Без мощного магнитного поля планета легко могла лишиться своей 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 твёрдой 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 которой преобладает лёд, будет равна 0,32 массы Земли.

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

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

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

Однако, как и в других случаях, мы можем посмотреть на эту ситуацию с иной точки зрения. Как показывают результаты моделирования воздействия 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 стороной поверхность планеты, не причиняя ей вреда. Впрочем, пока мы не исследуем атмосферы некрупных планет за пределами нашей Солнечной системы, все рассуждения об условиях на их поверхности будут носить во многом умозрительный 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 устойчивых к условиям внешней среды вид существ — тихоходки, или «водяные медведи», представляющие собой 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 ней 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 ней в любом случае должна очень сильно отличаться от жизни на нашей собственной 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 освещенный далёкий мир и является дальним родственником Земли, но её братом-близнецом он совершенно точно быть не может.

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 1,5 радиусов Земли, а поверхность — твёрдая. Самой маленькой и близкой 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 одной 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 недолгой 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 которой планета на короткой орбите проходит по диску своей 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 большой долей вероятности имеет твердую поверхность. Причем 15% таких планет находятся в пределах зоны умеренных температур. Это означает, что в зоне умеренных температур одной из звёзд на расстоянии менее 10 световых лет от Земли, скорее всего, существует землеподобная планета.

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

Летом 2016 года появилась надежда на то, что, возможно, мы наконец нашли ответ на этот вопрос: рядом со звездой Проксима Центавра (она же альфа Центавра С), тусклым третьим компонентом тройной звездной системы, соседствующим с двойной звездой альфа Центавра, была открыта новая планета.

Из трех звёзд этой системы ближайшей 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 двойной звездой и третьей звездой пролегает огромный отрезок пространства длиной 13 тысяч а.е., который заставляет задуматься, а действительно ли данное трио образует единую систему, или же Проксима Центавра просто проходит через двойную систему.

Независимо от ответа, Проксима Центавра — наш ближайший сосед, а значит, любая планета рядом с ней автоматически становится ближайшей к нам экзопланетой. Поэтому открытие планеты Проксима Центавра b закономерно вызвало повышенный интерес.

Эта планета была обнаружена с помощью метода лучевых скоростей. 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 значений, характерном для мини-нептунов. Но всё-таки более вероятной представляется гипотеза о том, что масса нашего ближайшего соседа сопоставима с массой каменистой планеты.

Орбита планеты пролегает всего лишь в 0,05 а.е. от Проксимы Центавра, а год на ней длится 11,2 дня. В связи с этим было бы логичным предположить, что она представляет собой раскалённый мир, покрытый лавой, 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 которой находится Проксима Центавра b, относится к зоне умеренных температур.

Разумеется, тот факт, что исходящий от звезды сейчас 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 мощнейшими вспышками, которые периодически обрушивают на обращающуюся вблизи планету излучение в сотни раз большей мощности, чем излучение Солнца, достигающее Земли. Если Проксима Центавра b не защищена мощным магнитным полем, она вполне могла лишиться своей атмосферы.

Учитывая чрезвычайно короткую орбиту планеты, она почти наверняка находится в приливном захвате. Потеря атмосферы в этом случае может иметь крайне негативные последствия: в отсутствие атмосферы, обеспечивающей перераспределение тепла, планета разделится на два полушария — одно с обжигающей жарой, соответствующее вечному дню, и второе с леденящим холодом, где царит вечная ночь.

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

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

Если в будущем при наблюдении удастся изучить атмосферу этой 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 Проксимой Центавра совсем невелика.

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

Второй вариант — прямое наблюдение за планетой. Прямое наблюдение и без того сопряжено с большими трудностями, а когда в качестве объекта выступает планета столь небольшого размера, вести его становится вдвойне сложнее.

Но всё-таки Проксима Центавра b — ближайший к нам кандидат в экзопланеты. С вводом в эксплуатацию новых телескопов, таких как наследник «Хаббла» космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) и Широкодиапазонный инфракрасный телескоп (WFIRST), а также наземные Чрезвычайно большой телескоп (ELT) и Тридцатиметровый телескоп (TMT), в наблюдениях за этой планетой начнется новый этап.

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

Хотя 4 световых года кажутся чем-то незначительным на фоне 500 световых лет, отделяющих нас от Кеплер-186 f, в действительности один световой 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», который движется с максимальной для космических аппаратов скоростью и находится дальше, чем любой другой созданный 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 ближайших звёзд нам приходится довольствоваться тем, что мы можем увидеть с помощью телескопа.

#библиотека