Вопрос о присутствии во Вселенной «братьев по разуму» интересовал человека с древности, но только в конце 50-х годов ХХ века, с началом бурного развития радиоастрономии и космических исследований, эта проблема была поставлена в реальную научную плоскость. Появилась знаменитая формула Дрейка (позволяющая рассчитать, со сколькими цивилизациями в галактике мы могли бы вступить в контакт), стали выходить научно-популярные книги, проводиться конференции среди ученых. Однако достаточно скоро, в конце 70-х, безудержный оптимизм сменился пессимизмом.
Факт молчания космоса нуждался в объяснении: не обнаруживались ни «космические чудеса» – проявления астроинженерной деятельности высокоразвитых культур, ни явные следы существования примитивной жизни в космосе, ни сигналы внеземных миров. Ситуация явно зашла в тупик: единственная земная цивилизация бурно развивается и, при благоприятных условиях, может в ничтожные по космическим меркам сроки (максимум десятки миллионов лет) колонизировать ближайшую часть нашей Галактики.
Параллельно, с 60-х годов, велась активная дискуссия о возможности существования разумной жизни в других звездных системах (начало ей положила книга известного советского астрофизика Иосифа Шкловского «Вселенная, жизнь, разум»). Тогда обсуждение их строения не выходило за рамки теоретизирования, построения моделей и рассмотрения их при помощи компьютерных методов. Единственным конкретным примером существования планетной системы у звезды являлась наша собственная Солнечная система.
С какими сложностями связано обнаружение между звездами планет? Если говорить об оптических методах, это прежде всего трудности, сопряженные с выделением излучения планеты на фоне мощного излучения звезды. Планеты светят отраженным светом, и их яркость на единицу площади в десятки тысяч раз ниже яркости центральной звезды. Прибавьте к этому огромные расстояния между звездами – даже до ближайшей альфы Центавра более 35 тысяч астрономических единиц (одна а.е. – это расстояние между Землей и Солнцем).
С несколько меньшими трудностями имеют дело другие, неоптические методики обнаружения внесолнечных планет.
Однако в последние годы появилась надежда прояснить ситуацию с распространенностью землеподобных планет – благодаря прогрессу в области инструментальных и числовых методов. Первая планета у другой звезды (кроме тел, обнаруженных ранее у нейтронных звезд) была открыта в 1995 году. Всего за последние 15 лет обнаружено почти 400 планетных систем, включающих более 470 планет.
Как же открывают эти отдаленные и малоразличимые небесные тела? Кроме нескольких более ранних способов, наиболее перспективными являются метод гравитационного микролинзирования и метод транзитов.
Первый метод связан с известными предсказаниями теории относительности. Большой тяжелый объект, который может быть планетой (обычно он теряется на фоне центральной звезды), искажает пространство и искривляет проходящие рядом световые лучи другого яркого объекта (звезды или галактики), тем самым обнаруживая себя: на кривой блеска наблюдается дополнительный «пик». Обязательное условие для наблюдений на Земле – нахождение трех тел (отдаленного яркого объекта, планетной системы с массивной тяжелой планетой и Земли) на одной прямой. Такое же искривление света фиксируется при наблюдениях полных солнечных затмений (у звезд, находящихся в этот момент на небосводе). События эти единичны, и относительно земного наблюдателя, в отдельных парах данных объектов, никогда не повторяются.
Этот метод (им были открыты, в частности, так называемые «суперземли») применим даже в случае с небольшими объектами, однако он требует непрерывного слежения за многочисленными звездами-кандидатами. К тому же события линзирования в принципе не повторяются – а потому возникают сложности, если необходимо подтвердить открытие и уточнить параметры планетной орбиты.
Несколько лет назад открылась возможность улавливать свет (инфракрасное излучение) от планеты самым непосредственным образом. Можно либо обнаружить аномальное включение в спектре звезды, которое отражает излучение планеты, либо даже выделить изображение этой планеты. Однако объекты, открытые подобным способом, часто настолько гигантские, что мало чем отличаются от маленьких «неудавшихся» звезд – коричневых карликов. Их родительские звезды довольно скромны по размерам (ведь только в лучах небольшого светила планета имеет шанс не «потеряться»).
Преимущество этого метода в том, что он позволяет определить размеры, а следовательно, и характер поверхности звезды. Поначалу он считался не вполне надежным, однако в конце 2008 года исследования значительно продвинулись: удалось запечатлеть сравнительно небольшую планету вполне «нормальной» звезды в оптическом, а не в инфракрасном диапазоне.
7 марта 2009 года с американского космодрома «Канаверал» с помощью ракеты-носителя «Дельта-2» запущен космический телескоп «Кеплер». Его главная задача – обнаружение и исследование экзопланет (преимущественно земного типа) при прохождении их по диску наблюдаемой звезды. В течение 3,5 лет «Кеплер» должен постоянно наблюдать богатую область неба в созвездиях Лебедя и Лиры. Расстояние до большинства звезд – от 600 до 3 тысяч световых лет. Сведения, полученные в первый год наблюдений, скоро будут обнародованы, но уже известно, что первые данные, результат калибровочных наблюдений, представляют большой интерес.
Запуск «Кеплера» – лишь первый шаг к подробному выяснению условий на планетах земного типа. Пока трудно представить, каким образом могут быть получены их детальные изображения, но уже сейчас мы можем делать выводы о ситуации на их поверхности, составе атмосферы, размерах, плотности и других критических параметрах, необходимых для существования жизни. В ближайшее время начинают работу несколько других космических миссий, ориентированных, в том числе, и на обнаружение новых экзопланет.
Подготовка зеркала телескопа «Кеплер»
Первые открытия потрясли исследователей – многие из обнаруженных планет представляют собой газовые гиганты массой в несколько Юпитеров. Не менее удивительно, что часть из них вращается очень близко к центральному светилу, нередко погружаясь в огненную корону звезды – то есть планеты находятся в среде, температура которой превышает несколько тысяч градусов. Трудно даже представить условия на поверхности этих тел, но, конечно, никакого облачного покрова и атмосферы на них нет. Вероятно, в случае превышения соответствующих температур плавления горных пород поверхность таких гигантов представляет собой океан из расплавленных металлов. При этом многие планеты с круговыми орбитами в результате приливного взаимодействия постоянно обращены к своей звезде одной стороной.
Большинство специалистов считают, что жизнь на планете может появиться в так называемой «обитаемой» зоне, где возможно частичное существование воды в жидкой фазе. Применительно к Солнцу эта зона располагается приблизительно на расстоянии 0,8–2 а.е. Конечно, для возникновения, а тем более успешного развития жизни должны совпасть как минимум несколько десятков факторов, самый существенный из которых – температурно-климатический. Кроме того, почти необходимо нахождение предполагаемой обитаемой планеты на стабильной орбите, близкой к круговой – с тем, чтобы избежать значительной разности температур. Большая же часть обнаруженных планет, исходя из анализа данных об изменениях движения звезд, находится на вытянутых орбитах, подобно короткопериодическим кометам.
Обилие обнаруженных планетных тел побудило ученых заняться разработкой устойчивой классификации, позволяющей учесть по крайней мере их внешние числовые характеристики. Одна из схем (предложенная, кстати, российской исследовательницей Викторией Воробьевой) предполагает введение для классификации экзопланет двух основных параметров – массы и температурного режима.
По массе все планеты делятся на три типа: гиганты (наподобие Юпитера и Сатурна), нептуны (наподобие Урана и Нептуна) и планеты земного типа, или земли (наподобие Земли и Венеры). Химический состав планет-гигантов близок к звездному химическому составу (преимущественно водород и гелий с небольшой примесью тяжелых элементов). Планеты земного типа лишены не только водорода и гелия, но, в значительной степени, и льдов, и состоят в основном из соединений кремния с примесью железа.
По температурному решению показателем является степень нагрева планеты светом центральной звезды. Она делит экзопланеты на семь типов: горячие, очень теплые, теплые, прохладные, холодные, очень холодные, ледяные. Согласно этой систематизации Юпитер и Сатурн классифицируются как очень холодные гиганты, Земля – как прохладная земля, Венера – теплая земля, а Уран – ледяной нептун. Разделение производится по величине радиуса орбиты, на которой планета (во всем подобная Земле) имела бы климат аналогичный земному.
Последний этап сборки «Кеплера»
До последнего времени у исследователей не было примеров, когда сравнительно небольшая каменистая планета находилась бы в «обитаемой зоне», то есть на том расстоянии, где возможно если не развитие до высших форм, то хотя бы существование жизни. И вот в сентябре 2010 года была опубликована информация об обнаружении первой планеты земного типа, вращающейся вокруг близкого красного карлика Gliese 581, который находится на сравнительно небольшом от Солнца расстоянии – чуть меньше 20 световых лет. Открытое небесное тело получило обозначение Gliese 581 g! Его минимальная масса составляет 0,01 массы Юпитера или 3,2 массы Земли, орбитальный период – 36,65 земных суток, наибольшее расстояние от звезды – 22 млн км. По-видимому, эта планета получает больше тепла, чем Марс, но меньше, чем Земля.
Авторы открытия, представители так называемой Калифорнийской группы открывателей экзопланет, отмечают, что из требования динамической устойчивости системы следуют достаточно жесткие ограничения на истинную массу этой планеты – от 3,2 до 4,3 массы Земли. Поскольку по наблюдаемым возмущениям известна масса планеты, но неизвестны ни плотность, ни точные размеры, то ее радиус оценивается приблизительно в 1,3–1,5 радиуса Земли, если она преимущественно каменная, и в 1,7–2 радиуса Земли, если состоит из водяного льда; скорее же всего – около полутора радиусов Земли. Предполагается также, что планета захвачена в орбитально-вращательный резонанс 1:1 и повернута к своей звезде только одной стороной. Судя по достаточно большой массе, можно предположить наличие у нее плотной атмосферы, сравнимой с атмосферой Земли. Другие выводы делать пока рано, но несомненно, что это небесное тело станет одним из важнейших объектов наблюдений экзопланет.
После уточнения космическим телескопом «Кеплер» количества землеподобных планет, находящихся на комфортных для жизни орбитах, будет разрабатываться стратегия создания и применения новых многометровых орбитальных оптических телескопов с зеркалами в десятки метров – существуют планы создания подобных инструментов в 2020–2026 годах.Это новость от журнала ММ «Машины и механизмы». Не знаете такого? Приглашаем прямо сейчас познакомиться с этим удивительным журналом.
