Земля 2.0: есть ли жизнь у Проксима Центавра

Чуть больше недели назад немецкий еженедельник Der Spiegel сообщил, что ученые готовятся представить вновь открытую планету, которая, возможно, очень похожа на Землю и находится в обитаемой зоне на орбите красного карлика Проксима Центавра, удаленного от Земли всего на 4,25 световых года. О существовании этой планеты по слухам, объявят в среду, 24 августа — и если эта потенциально пригодная для жизни планета действительно существует, то она окажется нашим ближайшим соседом. «Футурист» разбирался, как можно изучить экзопланету, не подлетая к ней, и что можно сказать о ней уже сейчас.

Анонимный источник Der Spiegel утверждает, что планета возле Проксима Центавра была открыта в обсерватории Ла-Силла в Чили, где установлен один из самых современных телескопов для поиска экзопланет HARPS (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher).

«Безымянная планета может иметь жидкую воду на своей поверхности – важное требование для возникновения жизни. Раньше ученые никогда не находили «вторую Землю» так близко», – сообщил журнал, добавив, что Европейская южная обсерватория объявит об открытии в конце августа.

Экзопланета с минимальными условиями для жизни в соседней звездной системе — это большая удача. Наиболее похожей на Землю экзопланетой является Kepler-438b, об открытии которой НАСА сообщило в прошлом году. Эта экзопланета очень похожа по своим параметрам на Землю и находится в области своей звёздной системы, где условия близки к земным. По индексу схожести с Землей этой планете уступает Kepler-452b, обнаруженная прошлым летом и прозванная в СМИ «Земля 2.0». Проблема в том, что эти каменистые землеподобные планеты, которые могут обладать атмосферой, похожей на нашу, и пригодной для жизни температурой, находятся на невообразимых расстояниях от нас: 470 световых лет и 1402 световых года соответственно. Только писатели-фантасты могут вообразить, как на их поверхность ступает человек.

В общем-то, то же самое можно сказать и о нашей гипотетической экзопланете: даже 4,25 световых года — гигантская величина. Это примерно 40 триллионов километров, расстояние, которое в состоянии преодолеть лишь воображаемые корабли из проекта Хокинга-Мильнера Breakthrough Starshot. Но это не помешает ученым изучать ее. Новое поколение исследований экзопланет стартует с момента запуска космического телескопа Джеймса Вебба (JWST) в 2018. Мы сможем расшифровать химический состав атмосферы, и даже сказать, возможна ли на ней жизнь.

Как найти экзопланету

Экзопланета CVSO 30c, расположенная в 1200 световых годах от нас. Фото сделано с помощью Очень Большого телескопа в Чили

Различить тусклый блеск планеты в ослепляющих лучах далекой звезды чрезвычайно сложно. Но все-таки это возможно: в 2004 году с помощью непосредственных наблюдений была открыта экзопланета возле коричневого карлика в 200 световых годах от нас а в 2008 году ученые даже смогли сфотографировать экзопланету, расположенную в созвездии Южной Рыбы. Оба раза ученым крупно повезло: в первом случае материнская звезда оказалась слишком тусклой, а во втором случае увидеть планету удалось благодаря ее кольцам, которые хорошо отражают свет. Недавно астрономам удалось получить изображение экзопланеты, расположенной в 1200 световых годах от нас с помощью Очень Большого телескопа, но для этого им пришлось объединить усилия трех обсерваторий — Европейской Южной обсерватории, Кек и Калар-Альто. Поэтому ученые чаще всего пользуются косвенными методами.

Транзитный метод основан на измерении яркости звезды. В момент, когда экзопланета проходит перед наблюдателями, звезда немного меркнет, и ученые способны увидеть спектр планеты. Этим методом пользуется космический телескоп Kepler, основной задачей которого является поиск новых миров. С помощью транзитного метода можно узнать размер планеты, ее температуру, состав ее атмосферы и даже обнаружить признаки наличия облаков. Этот способ, основанный на принципах фотометрии, является самым точным.

Также о присутствии экзопланеты можно догадаться по влиянию, которое ее гравитация оказывает на звезду. Ученые отслеживают экзопланету по изменению радиальной скорости звезды по отношению к Земле — для этого ученые смотрят на изменения в спектральных линиях (о том, что это такое, мы расскажем ниже). Этот способ называется методом Доплера.

Впрочем, появление таких инструментов, как Gemini Planet Imager, SPHERE и SCExAO существенно облегчило жизнь астрономам. Они оснащены коронографами, которые экранируют яркий свет звезды, засвечивающий тусклые планеты. Поэтому наблюдательная астрономия теперь способна охватить и экзопланеты.

Как понять, похожа ли планета на Землю

Глизе 832c — один из главных кандидатов в «Новые Земли»

Для начала необходимо понять, возле какой звезды проще всего найти экзопланету, пригодную для жизни. Она должна быть достаточно древней, чтобы возле нее успела сформироваться жизнь, достаточно яркой, чтобы на планетах ее системы могла существовать вода в жидком виде и излучать достаточно ультрафиолета. В нашей галактике 5-10% таких звезд. Кроме того. светимость звезды не должна изменяться слишком часто, так как в таких нестабильных условиях жизнь существовать не может.

После этого ученые смотрят на расстояние от планеты до ее солнца. Планета должна попадать в так называемую зону обитаемости, участок околозвездного пространства, внутри которого планеты могут иметь жидкую воду – это значит, что там не должно быть ни слишком жарко, ни слишком холодно. Также ученые должны измерить массу планеты — слишком малая масса, равно как и слишком большая, препятствуют возникновению жизни. Орбита планеты должна быть почти круговой, чтобы не возникало резких температурных колебаний, а наклон ее оси – небольшой, чтобы смена времен года была мягкой. И конечно же, жизненно важную роль играет состав атмосферы планеты: для существования жизни, похожей на земную, на планете должны присутствовать четыре основных элемента: кислород, углерод, водород и азот.

Как узнать состав планеты

Спектр поглощения и спектр выделения водорода

Одним из самых распространённых способов узнать состав небесного тела является спектральный анализ. Дело в том, что атомы различных химических элементов излучают энергию в определённом диапазоне электромагнитных волн. Измерив энергию, которая выделяется в определённом спектре, специалисты могут определить массу вещества, создающего излучение, а уже по ней — само вещество. Спектральный анализ хорошо подходит для звезд, так как светящиесся газы, входящие в их состав, создают линейчатые спектры, состоящие из отдельных узких спектральных линий.

Мы не можем узнать состав планет при помощи спектрального метода, так как они светятся не сами — они лишь отражают свет звезд. Однако мы можем узнать состав их атмосферы. Прежде чем от поверхности планеты отразится свет ее солнца, он пронизывает ее атмосферу, а отразившись, по дороге к нам пронизывает ее еще раз. В атмосфере планеты звездный свет поглощается. Поэтому в спектре планеты, по сравнению со спектром ее звезды, появляются дополнительные темные линии — и вот по ним можно узнать состав атмосферы. Не так давно ученые научились получать собственный спектр экзопланеты с помощью непосредственных наблюдений. Для этого они использовали инфракрасный спектрометр. Чтобы спектр планеты проступил через спектр звезды, исследователям пришлось фотографировать планету с пятичасовой выдержкой.

Ученый из Университетского колледжа в Лондоне создал нейросеть RobERt (Robotic Exoplanet Recognition) , которая поможет определить атмосферный состав экзопланет с помощью спектрального анализа. Она способна найти в атмосфере такие компоненты, как вода и метан, работать с ограниченным объемом информации и самостоятельно генерировать спектры газов, заполняя пробелы.

Может ли быть жизнь у Проксима Центавра?

«Открытие обитаемой планеты, вращающейся вокруг Проксима Центавра может оказать огромное воздействие на межзвездное будущее человечества», — говорит Ричард Обузи, соучредитель и директор некоммерческой группы Icarus Interstellar. «Было бы легко отклонить перспективы межзвездной миссии, если обитаемая планета нашлась в 50 или 100 световых годах от нас. Но » Земля 2.0 «на нашем галактическом пороге дразнит нас и заставляет принимать меры. «

Перспектива добраться до этой планеты заманчива, но чтобы это сделать, нам необходимы аппараты, способные набрать хотя бы 10% скорости света.Такой техники человечество пока не изобрело. Кроме того, есть много вопросов к потенциальной обитаемости этой планеты. Допустим, эта планета размером с Землю реально существует и находится в зоне обитаемости Проксима Центавра. Но тогда орбита этой планеты должна быть очень компактной, а сама планета должна быть обращена к своему солнцу только одной стороной – не очень-то похоже на Землю, верно? Кроме того, Проксима Центавра склонна к внезапным, вспышкам, производя внезапные изменения яркости для земных наблюдателей и каскады смертоносных частиц для любых форм жизни на планете. Чтобы эта планета была хотя бы более-менее приемлема для жизни (или посещения людей), то ей необходимо будет обладать изрядной атмосферой и магнитосферой, отклоняющей убийственное излучение своей маленькой и буйной звезды.

Конечно, говорить о существовании этой экзопланеты, а уж тем более о наличии на ней жизни пока рано. Новость об обнаружении экзопланеты ESO пока не комментировала: все, что мы знаем об этой таинственной экзопланете — слух в одном немецком издании. И все же это заставляет нас, журналистов, писать статьи о реальных экзопланетах и напоминать вам, читателям, о том, как и где их ищут.