Читать книгу "Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли - Элизабет Таскер"

Некоторое время спустя мы смогли наблюдать последствия аналогичных явлений на Марсе благодаря космическому аппарату NASA, запущенному к нашему ближайшему соседу с той же целью, что и «Венера-экспресс» к Венере. 8 марта 2015 г. аппарат MAVEN наблюдал столкновение с Марсом солнечного вещества после намного более мощного коронального выброса. Объем утраченной Красной планетой атмосферы был в 10 раз больше того, который потеряла Венера. Постоянное взаимодействие с солнечным ветром также истощает марсианскую атмосферу, выдувая с маленькой планеты около 100 г газов каждую секунду.

В прошлом последствия аналогичных явлений должны были ощущаться на Марсе и Венере куда сильнее, чем сейчас. Молодое Солнце было намного активнее той спокойной звезды, которую мы можем наблюдать. Так что и вещества в окружающее пространство оно должно было выбрасывать намного больше. Следы жидкой воды на Марсе указывают на то, что когда-то его окружала толстая атмосфера, которая обеспечивала достаточно высокую температуру на поверхности. С потерей магнитного поля Марс лишился и газового покрова, превратившись в непригодный для жизни мир.

Таким образом, скорее всего, наличие магнитного щита является одним из условий обитаемости поверхности любой экзопланеты. Хотя в настоящее время у нас нет методов обнаружения магнитного поля, этот фактор стоит учитывать, объявляя очередную новую планету «похожей на Землю».

Мы прошли долгий путь с момента открытия первых горячих юпитеров в 1990-е гг. Сейчас мы находим миры, которые походят на Землю размером и обращаются в пределах зоны умеренных температур. Но достаточно ли они похожи на Землю, чтобы мы могли назвать их «Землями 2.0»?

Глава 13. Поиски второй Земли

Не прошло и трех дней после запуска космического телескопа «Кеплер», как исследователям улыбнулась удача: они обнаружили прохождение планеты в пределах зоны умеренных температур ее звезды.

Чтобы официально подтвердить находку, пришлось потратить еще два с половиной года: присутствие планеты считается доказанным, если она наблюдалась не менее трех раз. Столько же раз должны быть измерены ее параметры. Первое прохождение телескоп зафиксировал практически сразу — в мае 2009 г. К декабрю 2010 г. астрономам удалось наблюдать еще два прохождения. Год спустя, 5 декабря 2011-го, было официально 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 ее 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 ее 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 веб-сайта National Geographic. «Кеплер-22 b — “новая земля”», — громогласно заявляла The Telegraph. «Получено официальное подтверждение открытия похожей на Землю планеты», — не отставали на Би-би-си.

Однако после публикации результатов проведенных измерений стало очевидно, что все 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 не представляется возможным. Так что рассчитать ее объемную 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 ее движении они могут проследить за планетой на всем протяжении ее 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, упоминавшемуся в главе 6, 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 состоит 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 все-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 г. 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 ее 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 звезд 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 звезд 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 твердой поверхностью в зоне умеренных температур.