Читать книгу "Астрофизика с космической скоростью, или Великие тайны Вселенной для тех, кому некогда - Нил Деграсс Тайсон"

Ближайшая экзопланета – ближайшая планета, вращающаяся вокруг другой звезды, а не Солнца, – находится примерно в четырех световых годах от нас, в соседней звездной системе Альфа Центавра, которую видно в основном из южного полушария.

Может быть, они поступают так, как обычно делают наши собственные охотники за планетами: смотрят на звезды и ждут, не будет ли их свет слегка дергаться через равные промежутки времени. Если свет звезды периодически дергается, это выдает существование планеты на орбите, даже если сама планета очень тусклая и ее не видно.

Вопреки распространенному мнению, строго говоря, планета не вращается по орбите вокруг своей звезды. На самом деле планета и ее звезда вращаются по орбитам вокруг общего центра масс. Чем массивнее планета, тем заметнее реакция звезды – и тем легче зарегистрировать подергивания, когда анализируешь ее свет. К несчастью для инопланетян-охотников за планетами, Земля очень маленькая, так что Солнце шевелится едва-едва, что еще сильнее затрудняет задачу инопланетных инженеров.

* * *

Телескоп «Кеплер», который запустило НАСА, специально сконструирован и настроен так, чтобы искать землеподобные планеты вокруг солнцеподобных звезд, и применяет при этом другой метод поиска, что позволяет существенно расширить каталог экзопланет. «Кеплер» ищет звезды, чья общая яркость немного падает через равные промежутки времени. В таких случаях «Кеплер» благодаря точному прицелу улавливает, как звезда становится чуть-чуть тусклее, поскольку прямо перед ней проходит одна из ее планет. Этот метод тоже не позволяет видеть планету как таковую. Даже каких-то особенностей поверхности звезды так не различишь. «Кеплер» просто регистрирует изменение светимости звезды, однако это позволило нам добавить в каталог тысячи экзопланет, в том числе сотни звездных систем с несколькими планетами. Кроме того, данные «Кеплера» помогают рассчитать размер экзопланеты, период ее обращения и расстояние от звезды. Также можно сделать обоснованную оценку массы планеты.

Если вам интересно, то когда Земля проходит перед Солнцем – а ведь в любой момент можно найти какую-то точку Галактики, откуда открывается именно такой вид, – мы блокируем одну десятитысячную долю поверхности Солнца и тем самым ненадолго заставляем его тускнеть на одну десятитысячную обычной яркости. Уж как есть. Так что инопланетяне обнаружат Землю, но ничего не смогут узнать о происходящем на ее поверхности.

Тут на помощь приходят радио– и микроволновое излучения. Может быть, у наших любопытных инопланетян есть что-нибудь вроде пятисотметрового радиотелескопа из китайской провинции Гуйчжоу. Если они еще и сумеют настроиться на нужную частоту, то наверняка заметят Землю, то есть заметят нашу высокоразвитую цивилизацию как один из ярчайших источников на небе. Вспомните, сколько у нас всяких устройств, которые генерируют радио– и микроволновое излучение: не только обычные радиопередатчики, но и телевидение, мобильные телефоны, микроволновые печки, пульты, открывающие двери гаражей и машин, коммерческие радары, военные радары, спутники связи. Мы ярко сияем в длинноволновом диапазоне, и это яснее ясного говорит, что на нашей планете происходит что-то необычное, поскольку в естественном состоянии маленькие каменистые планетки почти не излучают радиоволн.

Так что если любопытные инопланетяне направят в нашу сторону свой радиотелескоп, они, вероятно, сделают вывод, что на этой планете развита технология. Однако есть одна сложность: возможны и другие толкования. Не исключено, что инопланетяне не смогут отличить сигналы с Земли от сигналов крупных планет Солнечной системы, поскольку все они мощно излучают в радиодиапазоне, особенно Юпитер. А может, наблюдатели просто решат, что мы какая-то новая разновидность странных радиоизлучающих планет. Или примут радиоизлучение Земли за солнечное и сделают вывод, что Солнце – какая-то новая разновидность странных радиоизлучающих звезд.

В таком же тупике оказались наши, земные астрофизики из Кембриджского университета в Англии. Они изучали небеса при помощи радиотелескопа – искали любой сильный источник радиоволн – и Энтони Хьюиш с коллегами обнаружили очень странное явление – объект, пульсировавший с исключительно стабильным периодом чуть больше секунды. Его заметила Джоселин Белл, которая тогда была аспиранткой Хьюиша.

Вскоре коллеги Белл установили, что импульсы доходят откуда-то издалека. Возникло непреодолимое искушение решить, что сигнал имеет технологическое происхождение, что какая-то иная культура испускает его и тем самым выдает свою деятельность. Как вспоминает Белл, «у нас не было доказательств, что эти радиоимпульсы исключительно природного происхождения… я просто хотела защитить диссертацию по какой-нибудь новой технике, а маленькие зеленые человечки, вот глупенькие, выбрали именно мою антенну и мою частоту, чтобы сообщить нам о себе» (Jocelyn Bell, Annals of the New York Academy of Sciences 302 (1977):685). Однако не прошло и нескольких дней, как Белл обнаружила и другие повторяющиеся сигналы, исходящие из других точек нашей галактики Млечный Путь. Белл и ее коллеги поняли, что открыли новый класс космических объектов – звезды, состоящие из одних нейтронов, которые с каждым оборотом испускают в нашу сторону импульс радиоволн. Поэтому Хевиш и Белл и назвали их пульсарами.

Но оказывается, радиоперехват – не единственный способ космического шпионажа. Есть еще космохимия.

Химический анализ атмосфер планет – бурно развивающаяся отрасль современной астрофизики. Легко догадаться, что космохимия опирается на спектроскопию, анализ света при помощи спектрометра. Благодаря инструментам и методам спектроскопистов, космохимики могут сделать вывод о существовании жизни на экзопланете независимо от того, разумна ли эта жизнь и располагает ли она технологиями. Эта наука так действенна, поскольку любой элемент, любая молекула, где бы она ни находилась во Вселенной, по-своему поглощает, испускает, отражает и рассеивает свет. Как мы уже знаем, стоит пропустить этот свет через спектрометр, и обнаружатся характерные черты, которые по праву можно назвать химическими отпечатками пальцев. Самые наглядные отпечатки оставляют химические вещества, которые сильнее всего возбуждаются от давления и температуры среды. В атмосферах планет очень много таких веществ. А если на планете богатая флора и фауна, ее атмосфера насыщена биомаркерами – спектральными свидетельствами жизни. Скрыть эти свидетельства очень трудно, каково бы ни было их происхождение – биогенное (вызванное отдельными видами или всеми живыми существами), антропогенное (вызванное широко распространенным видом Homo sapiens) или техногенное (вызванное исключительно технологией).

Любопытные инопланетяне должны создать спектрометр, чтобы прочитать наши отпечатки пальцев, если, конечно, у них от природы нет спектроскопических сенсоров. Но главное – Земля должна пройти перед Солнцем (или каким-то другим источником), чтобы его свет пронизал нашу атмосферу и дошел до инопланетян. Тогда химические соединения в земной атмосфере провзаимодействуют с этим светом и оставят в его спектре бросающиеся в глаза черты.

Некоторые молекулы – аммиак, вода, углекислый газ – очень распространены во Вселенной и не связаны с наличием жизни. Однако есть и молекулы, которых становится очень много именно в присутствии живых организмов. На Земле существует яркий биомаркер – молекула метана, две трети которого производятся как побочный эффект какой-то деятельности человека: метан вырабатывается при нефтепереработке, выращивании риса, гниении сточных вод, а также в отрыжке и кишечных газах домашнего скота. Оставшуюся треть дают природные источники, в том числе гниющая болотная растительность и газы, вырабатываемые термитами. Однако в тех местах, где мало свободного кислорода, для образования метана не всегда требуется жизнь. Как раз сейчас астробиологии ведут жаркий спор о том, каково происхождение следов метана на Марсе и обильных запасов этого вещества на спутнике Сатурна Титане, где, надо полагать, нет ни коров, ни термитов.