С самого начала космической эры люди использовали химические ракеты для того, чтобы попасть в космос. Хотя этот метод безусловно эффективен, он весьма дорог и требует много ресурсов. Ученые заинтересовались вопросом – а смогут ли гипотетические инопланетяне покинуть свои планеты с использованием похожих технологий?
Два исследования
Гарвардский профессор Абрахам Леб и астроном Майкл Гиппке, независимый исследователь, связанный с Зоннебергской обсерваторией, попытались проанализировать этот вопрос в двух недавно опубликованных документах . Профессор Леб рассматривал проблемы, с которыми внеземные существа могут столкнуться при запуске ракет с Проксима b. Исследование Гиппке посвящено похожему вопросу – смогут ли инопланетяне, живущие на сверхземле, попасть в .
В своем исследовании Леб утверждает, что нам, людям, повезло жить на планете, которая хорошо подходит для космических запусков. Чтобы ракета покинула поверхность Земли и стала обращаться вокруг Солнца как его спутник, ей необходимо достичь скорости 11,186 км/с. Скорость, необходимая для того, чтобы уйти с орбиты Земли и покинуть Солнечную систему, составляет около 42 км/с относительно Солнца.
Профессор Леб говорит:
«Разгон ракеты до космических скоростей требует огромной массы топлива, которая растет экспоненциально. По счастливому совпадению скорость ухода с орбиты Земли вокруг Солнца находится на пределе скорости, достижимой химическими ракетами. Однако зона обитаемости вокруг более слабых звезд находится ближе к ним, что серьезно усложняет возможность для химических ракет вырваться из гравитационных клещей своей звезды».
Как указывает Леб в своем эссе, скорость убегания вычисляется как квадратный корень звездной массы, деленный на расстоянии от звезды. Это означает, что скорость покидания обитаемой зоны прямо пропорциональна звездной массе и обратно пропорционально расстоянию от звезды.
Эта инфографика сравнивает орбиту планеты вокруг Проксима Центавра (Proxima b) с той же областью Солнечной системы.
Близость к звезде не очень хороша для планет, которые вращаются вокруг звезд М-типа (красных карликов). Эти звезды являются наиболее распространенным типом звезд во Вселенной, составляя около 75% таких объектов в Галактике Млечный Путь. Кроме того, недавние исследования обнаружили множество скалистых планет, вращающихся вокруг звезд типа красных карликов, и некоторые ученые считают, что такие планеты являются наиболее перспективным местом для поиска потенциально пригодных для жизни миров.
Можно ли улететь с Проксимы b?
Используя для примера ближайшую звезду к нашему собственному миру (Proxima Centauri), Леб поясняет, что ракете с использованием химического топлива будет намного сложнее достичь скорости вылета с планеты, расположенной в ее обитаемой зоне.
«Ближайшая к Солнцу звезда, Проксима Центавра, является примером слабой звезды, имеющей только 12% массы Солнца», – заявил он. «Пару лет назад было обнаружено, что эта звезда имеет планету размером с , названную Proxima b. Она находится обитаемой зоне, которая в 20 раз ближе к звезде, чем Земля удалена от Солнца. В этом месте скорость вылета на 50% больше, чем на орбите Земли вокруг Солнца. Цивилизации на Proxima b будет трудно покинуть свой мир с помощью химических ракет».
Что исследовал Гиппке?
Исследование Гиппке начинается с утверждения о том, что Земля, на самом деле, не может быть самым распространенным типом планет в нашей Вселенной. Например планеты, которые являются более массивными, чем Земля, будут иметь более высокую поверхностную гравитацию, а это означает, что они смогут удерживаться более плотную атмосферу, что обеспечит ей защиту от вредных космических лучей и солнечной радиации.
Представление художника о Суперземле, классе планет, который имеет много масс Земли, но меньше, чем планета Уран или Нептун. Источник: NASA / Ames / JPL-Caltech.
Кроме того, планета с более высокой гравитацией имела бы более плоскую топографию, в результате чего у нее были бы архипелаги вместо континентов и более мелких океанов – идеальная ситуация, если речь идет о развитии биоразнообразия. Однако, когда дело доходит до запуска ракет, повышенная поверхностная гравитация будет означать необходимость набора более высокой скорости полета. Как указал Гиппке в своем исследовании:
«Движение ракет подчиняется уравнению Циолковского (1903): если ракета несет топливо, отношение общей массы ракеты к конечной скорости является экспоненциальной функцией, что делает высокие скорости (или тяжелые нагрузки) более дорогими».
Для своих расчетов Гиппке использует Кеплер-20 b, «Суперземлю», расположенную в 950 световых годах от нас. Эта планета имеет размер, в 1,6 раза превышающий размер Земли и она в 9,7 раза больше нашей планеты по массе. В то время как скорость покидания телом орбиты вокруг Земли составляет примерно 11 км/с, ракета, пытающаяся покинуть сверхземлю, подобную Кеплер-20 b, должна была бы достичь скорости вылета ~ 27,1 км/с. В результате одноступенчатая ракета на Кеплере-20 b должна была бы сжечь в 104 раза больше топлива, чем ракета на Земле, для того, чтобы выйти на орбиту.
Чтобы представить все это более наглядно, Гиппке рассматривает конкретные полезные нагрузки, запускаемые с Земли. «Чтобы вывести полезную нагрузку в 6,2 т, как это требуется в случае с космическим телескопом им. Джеймса Вебба с планеты Кеплер-20 b, топливная масса увеличится до 55 000 т, что равно массе крупнейших океанских линкоров», – пишет он. «Для классической Аполлонов на Луну (45 т) ракета должна быть значительно больше, ~ 400 000 т».
Проект Starshot, призванный стать первым межзвездным путешествием человечества.
Анализ, проведенный Гиппке, позволяет сделать вывод о том, что химические ракеты все же будут обеспечивать необходимые для вылета с планеты скорости на сверхземлях, имеющих до 10 масс Земли. Однако количество требуемого для этого топлива топлива делает этот метод нецелесообразным. Как отметил Гиппке, это может серьезно повлиять на развитие чужой цивилизации.
«Я удивляюсь тому, как удачно мы, люди, оказались на планете, которая достаточно удобна для выполнения космического полета», – сказал он. «Другие цивилизации, если они существуют, могут быть и не такими удачливыми. На более массивных планетах космический полет будет более дорогим, причем его возможность будет убывать по экспоненте в зависимости от массы планеты. У таких цивилизаций не будет спутникового телевидения, миссии на Луну или космического телескопа Хаббл».
Обе эти статьи дают некоторые явные выводы, которые касаются поисков внеземного интеллекта (). Во-первых, это означает, что цивилизации на планетах, которые вращаются вокруг красных карликов или суперземель, с меньшей вероятностью освоят космическое пространство, что затруднит их обнаружение. Результаты исследования указывают также на то, что человечество может быть одной из немногих цивилизаций, которым дана возможность исследовать космос путем .
С помощью телескопов Европейской Южной Обсерватории (ESO) астрономам удалось совершить очередное удивительное открытие. На этот раз они обнаружили точные доказательства существования экзопланеты, вращающейся по орбите вокруг самой близкой к Земле звезды – Проксима Центавра. Мир, названный Проксима Центавра b (Proxima Centauri b), был давно разыскиваем учёными всей Земли. Теперь же, благодаря его открытию, установлено, что период его обращения вокруг родной звезды (год) составляет 11 земных дней, а температура поверхности этой экзопланеты является подходящей для возможности нахождения воды в жидком виде. Сам по себе этот каменный мир немного более крупный, чем Земля и, также как и звезда, стал самым близким к нам из всех подобных космических объектов. К тому же, это не просто самая близка к Земле экзопланета, это и самый близкий мир, пригодный для существования жизни.
Проксима Центавра является красным карликом, а расположена она на расстоянии 4.25 световых лет от нас. Своё название звезда получила не просто так – это ещё одно подтверждение близости к Земле, поскольку proxima переводится с латинского как “ближайшая”. Эта звезда расположена в созвездии Центавра, а светимость её настолько слаба, что её совершенно невозможно заметить невооружённым глазом, да к тому же она находится довольно близко к намного более яркой паре звёзд α Центавра AB.
Во время первой половины 2016 года Проксима Центавра регулярно исследовалась с помощью спектрографа HARPS, установленного на 3.6-метровом телескопе в Чили, а также одновременно другими телескопами со всего мира. Изучалась звезда в рамках кампании Pale Red Dot (бледная красная точка или красное пятнышко), во время которой учёные из Лондонского университета изучали колебания звезды, вызываемые присутствием на её орбите неустановленной экзопланеты. Название этой программы является прямой отсылкой к знаменитому изображению Земли с далёких рубежей Солнечной Системы. Тогда Карл Саган назвал этот снимок (голубое пятнышко). Так как Проксима Центавра является красным карликом, то и название программы было скорректировано.
Поскольку эта тема поиска экзопланеты вызвала широкий общественный интерес, прогресс учёных в этой работе с середины января по апрель 2016 году постоянно публично публиковался на собственном веб-сайте программы и через социальные медиа. Эти отчёты сопровождались многочисленными статьями, написанными специалистами со всего мира.
“Первые намёки на возможность существования здесь экзопланеты мы получили , но наши данные тогда оказались неубедительными. С тех пор мы упорно работали, чтобы улучшить наши наблюдения с помощью Европейской Обсерватории и других организаций. Так, например, планирование этой кампании заняло приблизительно два года”, – Гильем Англада-Эскуде, руководитель исследовательской команды.
Данные кампании Pale Red Dot, в объединении с более ранними наблюдениями, проведёнными в обсерваториях ESO и других, показали наличие чёткого сигнала присутствия экзопланеты. Было очень точно установлено, что время от времени Проксима Центавра приближается к Земле на скорости 5 километров в час, что равно обычной человеческой скорости, а затем отдаляется на той же скорости. Этот регулярный цикл изменения радиальных скоростей повторяется с периодом 11.2 дней. Тщательный анализ результирующих Доплеровских смещений указал на присутствие здесь планеты с массой, по крайней мере, в 1.3 раза больше массы Земли на расстоянии 7 миллионов километров от Проксимы Центавра, что составляет всего 5 процентов расстояния от Земли до Солнца. Вообще, подобное обнаружение стало технически возможно лишь в последние 10 лет. Но, фактически, сигналы даже с меньшими амплитудами были обнаружены и ранее. Однако звёзды не гладкие газовые шары, а Проксима Центавра очень активная звезда. Поэтому, точно обнаружение Проксима Центавра b стало возможно только после получения подробного описания того, как звезда изменяется на временных масштабах от минут до десятилетий, и контроля её светимости светоизмерительными телескопами.
“Мы продолжили проверять данные, чтобы полученный сигнал не противоречил тому, что мы обнаружили. Это делалось каждый день ещё в течение 60 дней. После первых десяти дней у нас появилась уверенность, через 20 дней мы поняли, что наш сигнал соответствует ожиданиям, а уже через 30 дней все данные категорически утверждали об открытии экзопланеты Проксима Центавра b, поэтому мы начали готовить статьи по этому событию”.
Красные карлики, такие как Проксима Центавра, являются активными звёздами и имеют в своём арсенале много уловок, чтобы иметь возможность подражать присутствию экзопланеты на их орбитах. Чтобы исключить эту погрешность, исследователи контролировали изменение яркости звезды с помощью телескопа ASH2 в обсерватории Сан-Педро-де-Атаками в Чили и сети телескопов Las Cumbres Observatory. Информация о радиальных скоростях, когда светимость звезды увеличивалась, была исключена из окончательного анализа.
Несмотря на то, что Проксима Центавра b вращается намного ближе к своей звезде, чем Меркурий вокруг Солнца, сама Проксима Центавра намного более слаба нашего светила. В результате этого обнаруженная экзопланета располагается точно в области вокруг звезды, пригодной для существования жизни в том виде, в котором мы её знаем, а предполагаемая температура её поверхности позволяет присутствовать воде в жидком виде. Несмотря на такую умеренную орбиту, условия существования на её поверхности могут находиться под очень сильным влияние ультрафиолетового излучения и рентгеновских вспышек от звезды, которые намного более интенсивны, чем те эффекты, которые оказывает Солнце на Землю.
Фактическая возможность этого вида планеты поддерживать жидкую воду и иметь жизнь, подобную земной, является вопросом интенсивных, но, главным образом, теоретических дебатов. Главные аргументы, которые говорят против присутствия жизни, связаны с близостью Проксимы Центавра. Например, на Проксима Центавра b могут быть созданы такие условия, при которых она всегда обращена к звезде одной стороной, из-за чего на одной половине вечная ночь, а на другой вечный день. Атмосфера планеты могла бы также медленно испариться или иметь более сложную химию, чем земная, из-за сильного ультрафиолетового и рентгеновского излучения, особенно в течение первого миллиарда лет жизни звезды. Однако до сих пор ни один аргумент не был доказан окончательно, и вряд ли они будут устранены без прямых наблюдательных доказательств и получения точных характеристик атмосферы планеты.
Две отдельные работы были посвящены обитаемости Проксима Центавра b и её климату. Установлено, что сегодня нельзя исключать существование жидкой воды на планете, и в таком случае она может присутствовать на поверхности планеты только в самых солнечных регионах, либо в области полушария планеты, всегда обращённого к звезде (синхронное вращение), или в тропическом поясе (3:2 резонансное вращение). Быстрое движение Проксима Центавра b вокруг звезды, сильное излучение Проксимы Центавра и история формирования планеты сделали климат на ней совершенно не таким, как на Земле, и маловероятно, что Проксима Центавра b вообще обладает сезонами.
Так или иначе, это открытие станет началом масштабных дальнейших наблюдений, как с текущими приборами, так и с последующим поколением гигантских телескопов, таких как Европейской Чрезвычайно Большой Телескоп (E-ELT). В последующие годы Проксима Центавра b станет главной целью для поиска жизни в другой точке Вселенной. Это вполне символично, поскольку система Альфа Центавра выбрана также целью первой попытки человечества переместиться в другую звёздную систему. Проект Breakthrough Starshot – это научно-исследовательский и инженерный проект в рамках программы Breakthrough Initiatives по разработке концепции флота космических кораблей, использующих световой парус, под названием StarChip. Такой тип космических кораблей будет способен совершить путешествие к звездной системе Альфа Центавра, удаленной на 4,37 световых лет от Земли, со скоростью между 20 и 15 процентов от скорости света, что займет от 20 до 30 лет соответственно и еще около 4 лет, чтобы уведомить Землю об успешном прибытии.
В заключении хочется отметить, что многие точные методы поиска экзопланет основываются на анализе её прохождения по диску звезды и звёздного света сквозь её атмосферу. В настоящее время нет никаких доказательств того, что Проксима Центавра b проходит по диску родительской звезды, а возможности увидеть это событие в настоящее время ничтожно слабые. Однако учёные надеются, что в будущем эффективность наблюдательных приборов возрастёт.
На прошлой неделе, возможно, произошло самое важное открытие экзопланеты, которое когда-либо делали астрономы. Ученые из проекта Pale Red Dot объявили, что они нашли планету, потенциально похожую на нашу Землю, и расположена она в системе ближайшей звезды к нашему Солнцу - Проксимы Центавра. В астрономических размерах - это в двух шагах от нас.
Открытие планеты, названной Проксима Б, по понятным причинам привело научный мир в экстаз, и многие говорят о том, что этот мир расположен достаточно близко, чтобы подробно его изучить и, возможно, даже посетить.
Но что мы знаем об этом мире на сегодняшний день, можно ли там жить и когда мы сможем его посетить? Давайте найдем ответы на самые волнующие вопросы о Проксиме Б.
Действительно ли существует эта экзопланета?
Прямых доказательств нет, но это очень вероятно. Планета была обнаружена путем измерения колебаний в Проксиме Центавра, вызванных орбитой планеты. Этот процесс известен как доплеровская спектроскопия. Хотя ученые, сделавшие это открытие, практически уверены, что планета существует, есть небольшой шанс, что это не так. Взять, к примеру, Альфу Центавра Бб - предполагаемую экзопланету вокруг звезды Альфа Центавра Б. Позже выяснилось, что это было ошибочное открытие. Тем не менее на этот раз ученые говорят, что они проверили все более тщательно. Таким образом, Проксима Б, вероятно, все-таки существует.
Является ли она пригодной для жизни?
Этого мы не знаем наверняка. Все, что мы на данный момент знаем о планете, - она имеет массу, которая, по крайней мере, в 1,3 раза больше, чем масса Земли (но не более, чем в 3 раза). Также планета, вероятно, каменистая, и вращается вокруг своей звезды на расстоянии 5% от того, как Земля отдалена от Солнца. Вокруг такой звезды, как наша, этот мир был бы непригодным к существованию.
Однако родительская звезда Проксимы Б гораздо меньше. Это красный карлик, который излучает меньше света, чем наше солнце, поэтому обитаемая планета может существовать ближе. Действительно, Проксима Б считается обитаемой в зоне своей звезды, на ней даже может существовать жидкая вода. Тем не менее на таком незначительном расстоянии от звезды возможны всплески рентгеновских лучей, что может осложнить ситуацию.
Может ли на планете существовать жизнь?
Это зависит от целого ряда вещей. Во-первых, мы должны знать, какую атмосферу имеет эта планета, если она есть. Орбиту своей звезды она проходит за 11,2 земных суток, и на таком расстоянии она почти наверняка заблокирована. Это значит, что одна из ее сторон постоянно развернута к звезде и находится под воздействием тепла, в то время как на другой - постоянная холодная ночь. Тем не менее толстый слой атмосферы, если он существует, может проводить тепло по всей планете.
Мы также не знаем точных размеров планеты, а это дало бы ответ на многие вопросы. Также красные карлики испускают меньше света, чем наше солнце, а это значит - дают меньше энергии для жизни. То есть если жизнь там действительно существует, она может быть в форме микроорганизмов, а не чего-то большего, как на нашей планете.
Как мы можем узнать больше о планете?
Для этого необходимо использовать более мощные телескопы. Будущие проекты, такие как Европейский телескоп или космический телескоп Джеймса Вебба, потенциально могут дать нам лучшие представления об этом мире. Возможно даже, мы получим непосредственное изображение этого объекта.
Более подробное изучение планеты, к примеру, измерение ее атмосферы, во многом будет зависеть от того, проходит ли небесное тело вокруг своей звезды с нашей стороны, или нет. Пока мы не знаем, как расположена орбита этой экзопланеты, и проходит ли она перед своей звездой относительно нас. Если это так, мы сможем измерить свет от звезды, проходящий через атмосферу, чтобы определить состав ее атмосферы, а также увидеть признаки жизни на поверхности. В противном случае все будет намного сложнее.
Сможем ли мы когда-нибудь ее посетить?
Находясь расстоянии 4,2 световых лет, Проксима Б является ближайшей экзопланетой из когда-либо обнаруженных. Это расстояние в 40 триллионов километров, и оно по-прежнему очень далекое. Наш космический аппарат «Вояджер-1» смог облететь ничтожные 20 миллиардов километров за 40 лет. Таким образом, учитывая мощность современных устройств, нам понадобились бы сотни тысяч лет, чтобы долететь туда.
Возможно, мы нашли вторую Землю?
У ближайшей к Солнцу звезды обнаружена планета, возможно, пригодная для жизни; воображение уже рисует на ней плотную атмосферу и океаны.
Найденная планета, получившая название Proxima b , имеет почти круговую орбиту, от звезды ее отделяет примерно 7,6 миллионов километров (0,05 астрономической единицы, то есть среднего расстояния Земли от Солнца). Год в этом мире длится всего 11 дней, масса планеты превышает земную в 1,3 раза, а средняя температура поверхности близка к нулю градусов Цельсия - это всего на десять градусов ниже, чем у Земли, и на несколько десятков градусов выше, чем у Марса.
По космическим меркам Проксима Центавра совсем рядом – всего-то 4,24 светового года.
Помешать появлению этого рая может сама родительская звезда Проксима Центавра, для которой характерны сильные ультрафиолетовые и рентгеновские вспышки. Об этом рассказывается в исследовании, опубликованном в журнале «Nature».
Компьютерное моделирование давно подсказывало астрономам, что у нашей соседки есть как минимум одна планета, да и в основном экзопланеты находят именно у красных карликов.
Открытие Проксима б было совершено посредством наблюдения доплеровского смещения спектра звезды, обусловленного гравитационным воздействием планеты. Работа выполнена на двух научных инструментах Европейской южной обсерватории - HARPS (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher) и UVES (Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph).
Несмотря на, казалось бы, катастрофическую близость к светилу, этот мир может быть очень неплох с точки зрения поддержания жизни, ведь - холодные звезды.
Температура поверхности Проксима Центавра более чем в два раза (почти на три тысячи кельвинов), масса - в десять раз, а светимость - на четыре порядка меньше, чем у Солнца.
И чтобы вода на поверхности планеты не замерзла, она должна быть приближена а своей звезде гораздо больше, чем Земля к Солнцу.
В Солнечной системе в подобной зоне расположены Венера, Земля и Марс, а интервал расстояний для системы Проксима Центавра составляет от 0,04 до 0,08 астрономической единицы. Казалось бы, все говорит в пользу возникновения жизни, но есть один неприятный момент, который может перечеркнуть все преимущества.
Отличительная черта красных карликов – высокая активность. Вспышки в рентгеновском диапазоне, периодически происходящие на Проксиме Центавра, сильнее самой интенсивной вспышки на Солнце примерно в 400 раз. Как такое излучение скажется на возникновении и поддержании жизни неизвестно. Может быть, такая супервспышка сможет породить цепь химических реакций с образованием молекул органических веществ, но, с другой стороны, она способна «сорвать» с планеты атмосферу. Обладай планета Proxima b , как и Земля, собственным магнитным полем, губительное действие радиации было бы уменьшено, но удаленно его наличие не обнаружить.
В результате самых мощных вспышек на Солнце в окружающее пространство за несколько минут уходит до триллиона мегатонн в тротиловом эквиваленте. Это примерно пятая часть энергии, излучаемой Солнцем за одну секунду, и вся энергия, которую выработает человек за миллион лет (при условии ее производства современными темпами). Супервспышки происходят, как правило, на более крупных звездах спектральных классов F8-G8 - массивных аналогов Солнца (относящегося к классу G2). Эти светила обычно не быстро вращаются вокруг своей оси и могут находиться в составе тесной двойной системы. Мощность супервспышек превышает типичные солнечные вспышки в десятки тысяч раз, однако, ученые не исключают возможность такого катаклизма и на Солнце.
Кроме этого, планета Проксима б в силу своей близости к звезде всегда повернута к ней одной стороной, то есть находится в состоянии приливного захвата, как Луна по отношению к Земле. Это значит, что одна половина планеты постоянно нагрета, а другая всегда холодна. Моделирование показало, что это не станет непреодолимым препятствием для существования жизни при условии наличия плотной атмосферы. Постоянные конвективные потоки обеспечат теплообмен между половинами планеты и в «приграничной полосе» может установиться комфортная температура.
Вероятнее всего, такая большая планета образовалась в удаленных районах системы и, со временем, переместилась в нынешнее положение. Глядя на Солнечную систему можно утверждать, что это небесное тело содержит большое количество воды.
Проксима Центавра, вероятно, является частью тройной звездной системы, к которой относится также двойная звезда альфа Центавра, звезды в ней разделяет всего 23 астрономические единицы. Период обращения красного карлика вокруг двух солнцеподобных звезд составляет более 500 тысяч лет.
Полет к альфа Центавра
Астрофизиком Филипом Любиным (Калифорнийский университет в Санта-Барбаре) предложено направить к ближайшей звезде группу маленьких автоматических станций с . Система лазеров на орбите Земли разгонит их до околосветовой скорости. Аналогичная идея предложена российским бизнесменом Юрием Мильнером и британским физиком-теоретиком Стивеном Хокингом.
В планы обоих миссий входит только пролет сквозь систему, ведь затормозить будет невозможно.
Затруднения в реализации проекта связаны с его технической составляющей и ценой. Для реализации проекта Любина потребуется развернуть на орбите Земли группировку, в сто раз по массе превосходящую МКС. Миниатюрному зонду потребуется 15 лет, чтобы достичь Альфа Центавра и прислать обратно несколько фотографий, но цена вопроса – десятки триллионов долларов.
Современному космическому кораблю это удалось бы сделать намного дешевле, но на это потребовалось бы 70 тысяч лет.
Идею Любина поддержал конгрессмен Джон Калберсон, призвавший НАСА приступить к работе над автоматической миссией к альфе Центавра уже в 2017 году. Стартовать станция, по планам республиканца, должна в 2069 году - к столетию высадки астронавтов на Луну. Команда Мильнера-Хокинга также не осталась в стороне. На мероприятии, посвященном открытию Proxima b, было заявлено, что российский бизнесмен запланировал отправку к материнскому светилу и планете зондов уже в 2030 годах. Достичь цели аппараты должны через 20 лет. Первые снимки ближайшей экзопланетной системы на Земле увидят в 2055 году.
Идеи ученых и политиков большинство их коллег восприняли со скепсисом, и на первом плане остается удаленное исследование Proxima b. Проблемы при наблюдении с Земли и из ближнего космоса могут возникнуть из-за малой светимости и скромных размеров Проксимы Центавра.
Близость открытого мира к Солнцу делает из него главный объект для будущих исследований. Кроме того, вероятно, на орбите Проксимы Центавра есть суперземля, расположенная за пределами зоны, подходящей для жизни. Период ее обращения вокруг звезды составляет от 100 до 400 суток.
В августе 2016 года сотрудники Европейской южной обсерватории объявили об удивительном открытии. Оказалось , что вокруг Проксимы Центавра, ближайшей звезды всего в 4,25 световых лет от нас, с периодом 11,2 земных суток вращается необычная экзопланета - Проксима Центавра b. Ее главная особенность в том, что вероятность наличия жизни на ней крайне высока, хотя условия, в которых Проксима Центавра b находится, совсем не такие, как в Солнечной системе. А раз так, рассказ об этой далекой-близкой планете имеет непосредственное отношение к нашей любимой биологии.
Вообще, мы серьезные люди. Гранит науки хрустит на наших зубах. Мы освещаем такие суровые, такие сложные закоулки биологического знания, до которых не дотянулись фонари других научно-популярных сайтов. Но иногда нам так хочется подурачиться. И рассказать о науке веселым языком, показать ее под другим углом. Нарисовать забавных картинок, написать легкий и смешной текст. Поэтому мы и открыли новую рубрику - «12 биологических новостей в картинках».
Интеллектуальный партнер этих иллюстрированных рассказов - АО РВК .
Информация о существовании Проксимы Центавра b (коротко - просто Проксимы b) просочилась в сеть 12 августа 2016-го. Буквально через две недели после этого, 24 августа, сотрудники Европейской южной обсерватории подтвердили слухи об открытии новой планеты . А в интернете появилось сразу несколько препринтов научных статей, авторы которых обсуждали ее обитаемость . Впоследствии ряд этих статей вышел в журнале Astronomy & Astrophysics .
Для начала надо сказать, как планету открыли. Не все биологи сильны в физике, так что тем более стóит отметить метод, позволивший «увидеть» потенциальную ближайшую к нам обитаемую планету. Он носит название метод лучевых скоростей или метод Доплера . Дело в том, что не только звезда влияет на принадлежащие ей планеты, но и планеты изменяют поведение своей звезды. Гравитация планеты немного сдвигает радиальную скорость связанной с ней звезды, как бы раскачивая ее. Изменения такого рода регистрируют спектрографы, ведь при этом спектр звезды меняется.
Чтобы планета существенно влияла на движение своей звезды, она должна быть довольно крупной - иметь массу никак не меньше земной, а лучше хотя бы в несколько раз больше. Так что можно точно сказать, что Проксима b «упитаннее» нашего космического дома. Известно даже, насколько - в 1,3 раза.
Что еще мы знаем об этой планете? Известно, что она на 300 миллионов лет старше Земли, а значит, если жизнь там когда-то возникла, у нее было больше времени на развитие. Как знать, может, проксимовцы уже разрабатывают аппараты, способные летать не намного медленнее скорости света? Как бы то ни было, слетать проверить это мы пока не можем: с нашими нынешними космическими движками это займет десятки тысяч лет, и то при условии, что на полет потратят триллионы долларов.
Также известно, что «хозяйка» Проксимы b, звезда Проксима Центавра, - красный карлик . Спектр излучения звезд такого типа резко отличается от солнечного. Красные карлики выдают гораздо больше ультрафиолета, чем желтые, такие как Солнце. Кроме того, они «балуют» свои планеты рентгеновским излучением. Но в случае Проксимы b это может быть не так страшно. Атмосфера там, судя по всему, весьма плотная, хорошо задерживающая разные пагубные лучи. Тем не менее на заре своих времен планета вряд ли была обитаема: тогда Проксима Центавра выдавала очень уж много ультрафиолета и рентгеновского излучения, и только потом «остепенилась».
Как описать пригодность для жизни?
Пригодность планеты для жизни определяют несколько параметров:
- относительно небольшой размер и масса (примерно как у Земли);
- температура хотя бы местами выше нуля по Цельсию, но не намного;
- наличие жидкой воды;
- отсутствие жестких видов излучения, способных повредить ДНК и другие биологические молекулы.
Это не весь список, но, пожалуй, основные критерии в нем перечислены. Иными словами, потенциально жизнепригодные планеты должны быть во многом похожи на Землю. И немудрено: это единственная известная нам планета, которая абсолютно точно обитаема.
Более подробные рассуждения насчет пригодности разных планет для жизни можно увидеть в статье «Дикий-дикий космос » , ну а что касается нашей Земли - тут лучше всего ознакомиться с книгой Михаила Никитина «Происхождение жизни. От туманности до клетки » .
Жесткое ультрафиолетовое излучение играет с жизнепригодностью злую шутку, потому что расщепляет молекулы воды на водород и кислород. Водород к тому же легко улетучивается с планет с умеренной гравитацией. Раз так, ученым следовало подсчитать, сколько воды могла потерять Проксима b за то время, пока ее красный карлик «плохо себя вел». Пусть плотность атмосферы этой экзопланеты примерно такая же, как у Земли. Тогда Проксима b могла потерять от 0,4 до 0,9 от объема земных океанов. Кажется, что это много, а на деле - довольно мало, если учесть, что наша Земля за свою историю потеряла четверть, а то и больше воды своих океанов. А кроме того, существенная часть потерь может быть восстановлена за счет воды, содержащейся в мантии планеты. Раз так, скорее всего, воды на Проксиме b сейчас хватает. Притом эта вода жидкая: планета в 20 раз ближе к своей звезде, чем Земля к Солнцу, а стало быть, там довольно тепло.
В октябре 2016 даже появилась гипотеза, что океан на Проксиме b может иметь глубину до 200 километров , . Она основана на расчетах диаметра планеты в зависимости от ее состава при известной массе (напомним, это 1,3 земной). По мнению авторов научной статьи, Проксима b наверняка имеет компактное ядро из силикатов, сверху покрытое водой. Масса воды составляет едва ли не половину от массы всей планеты.
Самое интересное, что подобное обилие воды не помогает жизни, а скорее снижает вероятность ее наличия на Проксиме b. Дело в том, что такая толща H 2 О создает у дна слишком сильное давление. В таких условиях даже горячая вода может превратиться в экзотический вариант льда - настолько необычный, что на Земле его нет. Он вберет в себя до 95% от общей массы воды на планете. Но лед - он и есть лед: его корка не даст океану сообщаться с силикатным ядром, а значит, соли будет неоткуда взяться. Ну а дистиллированная вода - далеко не лучшее место для возникновения и поддержания жизни. Вспомним школьно-хрестоматийные клетки крови, набухающие и даже лопающиеся под действием воды с минимальным содержанием солей.
С другой стороны, такая суровая модель Проксимы b - крайность. Океан там может быть и не настолько глубоким, все зависит от физических параметров, «вбиваемых» в программу. Их значения только предстоит экспериментально подтвердить.
Что касается климата, тут вопрос сложный. Планета находится близко к своей звезде, а значит, их взаимное притяжение может мешать Проксиме b вращаться вокруг своей оси. Как итог, планета, вероятно, все время повернута к своему светилу какой-то одной стороной, очень теплой, а другое ее полушарие все время холодное. Правда, разницу температур «дневной» и «ночной» сторон может существенно сгладить плотная атмосфера. Она, скорее всего, на Проксиме b есть.
Кстати, расчеты, опубликованные уже в 2017 году , понизили вероятность того, что планета толком не вращается вокруг своей оси . Они показали, что орбита Проксимы b довольно-таки вытянутая: ее эксцентриситет составляет 0,25. А это означает, что как минимум в крайних точках своей орбиты планета не так уж сильно притягивается звездой. Вероятно, на ней, как и на нашем Меркурии, сутки равны 2/3 от ее же года и в данном случае длятся около одной земной недели. Все вместе это означает, что разница в климате в различных точках экзопланеты не столь велика, так что шансы обнаружить там жизнь повышаются.
Один из самых выдающихся астрономов 2016 года по версии журнала Nature Гиллем Англад-Эскуде даже пофантазировал на тему того, как такая жизнь будет выглядеть . Он рассказал в интервью одному испанскому научно-популярному изданию , что «проксимианские» растения, если таковые имеются, выглядят необычно, потому что в излучении Проксимы Центавра больше всего не различимой для нашего глаза инфракрасной части спектра. Зато видимого света зеленых оттенков, как у Солнца, этот красный карлик почти не дает. Таким образом, чтобы максимально эффективно выживать под его лучами, растениям на Проксиме b хорошо бы иметь красноватый оттенок, а никак не зеленый.
Необычно может выглядеть не только местная флора. Фауна у красных карликов тоже будет слегка непривычной. Если предположить, что биосфера там дошла до крупных многоклеточных, то среди них не будет аналогов белых медведей, песцов и прочих зайцев в зимней раскраске. Она там просто не имеет смысла. 95 процентов излучения Проксимы Центавра - инфракрасное. Снег и лед в нем «черные», то есть хорошо поглощают свет и, в отличие от Земли, быстро тают даже при коротком дне. Устойчивый снежный покров зимой в таких условиях маловероятен - так же, как и животные в «зимней» маскировочной окраске.
В общем, есть ли на Проксиме b жизнь или нет, стопроцентно достоверно сказать пока не получится. Но имеющаяся на данный момент информация свидетельствует: пациент скорее жив, чем мертв. И если он жив, мы теоретически можем увидеть на нем много интересного.
Литература
- Guillem Anglada-Escudé, Pedro J. Amado, John Barnes, Zaira M. Berdiñas, R. Paul Butler, et. al.. (2016). A terrestrial planet candidate in a temperate orbit around Proxima Centauri . Nature . 536 , 437-440;
- Ортега И. (2016). Европейские учёные высоко оценили жизнепригодность Проксимы b . «Лайф» ;
- Martin Turbet, Jérémy Leconte, Franck Selsis, Emeline Bolmont, François Forget, et. al.. (2016). The habitability of Proxima Centauri b . «Лайф» ;
- Ортега И. (2016). Астроном года: Планета у ближайшей звезды покрыта странной растительностью . «Лайф» ..
