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

Поиск землеподобных планет в зоне умеренных температур с помощью транзитного метода затруднен двумя обстоятельствами. Первое связано с тем, что вероятность прохождения планеты, похожей на нашу, по диску звезды, похожей на Солнце, составляет всего лишь 0,1%. При наблюдении под большинством углов небольшие далекие земли не пересекают диски своих солнц. Вторая проблема: яркость звезды при прохождении планеты между ней и наблюдателем снижается не более чем на одну десятитысячную. «Представьте себе самый высокий отель в Нью-Йорке, во всех окнах которого горит свет, — говорит научный сотрудник проекта «Кеплер» Натали Баталья. — И кто-то один в этом отеле приспускает жалюзи на 2 см. Как раз такое изменение яркости мы пытаемся зафиксировать, когда маленькая планета размером с Землю проходит мимо звезды размером с Солнце».

И все-таки 18 апреля 2014 г. команде исследователей, работающих с телескопом «Кеплер», удалось это сделать. Кеплер-186 — красный карлик приблизительно в 500 световых лет от Солнца в созвездии Лебедь. При массе, равной половине массы Солнца, звезда обладает очень низкой светимостью, благодаря чему зона умеренных температур сильно сдвинута к центру, занимая область между 0,22 а.е. и 0,4 а.е., — она почти полностью умещается в пространстве, ограниченном орбитой Меркурия в Солнечной системе, которая проходит на расстоянии 0,4 а.е. от нашей звезды. Найденная планета, получившая название Кеплер-186 f, располагается на внешней границе консервативного варианта зоны умеренных температур и имеет период обращения 130 дней. Ее радиус равен 1,11 радиуса Земли, что делает Кеплер-186 f завораживающе похожей на нашу планету. При столь небольшом размере Кеплер-186 f уж точно должна была иметь твердую поверхность.

Как и Земля, Кеплер-186 f является частью системы планет. Ранее рядом со звездой Кеплер-186 уже были обнаружены четыре других планеты — все меньше 1,5 радиуса Земли. Их орбиты пролегают ближе к звезде, чем орбита Кеплер-186 f: им требуется 4–22 суток, чтобы совершить полный оборот вокруг красного карлика. Хотя они также невелики и потому вполне могут иметь твердую поверхность, эти четыре планеты находятся вне внутренней границы зоны умеренных температур, то есть, даже если условия на их поверхности в точности повторяют условия на поверхности Земли, там все равно слишком жарко, чтобы вода могла существовать в жидкой форме. В отличие от нашей планетной системы, наиболее вероятный кандидат на роль пригодной для жизни планеты в системе Кеплер-186 — самая дальняя планета. Означает ли это, что мы, наконец, нашли близнеца Земли?

Единственный надежный способ выяснить, похожа ли Кеплер-186 f на нашу планету, — обследовать ее поверхность. Конечно, у нас пока нет космических аппаратов, которые бы могли совершать путешествия между звездами. Некоторые подсказки можно найти в данных об атмосфере планеты. Как мы уже видели на примере 55 Рака e, свет, проходящий через газовую оболочку планеты при ее прохождении по диску звезды, может стать источником информации об условиях на ее поверхности. Например, в атмосфере Земли много кислорода и метана, выделяемых многочисленными формами жизни на поверхности нашей планеты. К сожалению, расстояние от нас до Кеплер-186 f составляет 500 световых лет. Это обстоятельство вкупе с ее маленькими размерами исключает возможность изучения атмосферы. Остается только строить предположения.

Уже само расположение Кеплер-186 f ставит ряд интересных вопросов. Первый и неизбежный — о границах зоны умеренных температур в окрестностях красных карликов. Находясь рядом со звездой, планеты в этой области с потенциально благоприятными условиями движутся по куда более коротким орбитам, чем орбита Земли. Процесс формирования в таком месте должен был протекать быстро. На таких орбитах за то время, которое требуется Земле, чтобы облететь Солнце, планетезимали могли совершать три полных оборота. Значит, и сталкиваться они должны были чаще. Большая частота столкновений должна способствовать более быстрому накоплению вещества. На первый взгляд, это дает нам повод для оптимизма: высокая скорость формирования планет означает, что было больше времени на формирование пригодной для жизни среды в условиях зоны умеренных температур. Но за все нужно платить. В самом начале своего существования красный карлик — это настоящее раскаленное чудовище. До начала термоядерной реакции красный протокарлик отличается удивительно высоким уровнем светимости. В отличие от более крупных солнцеподобных звезд, в процессе формирования он может излучать в 100 раз больше света, чем в своем обычном состоянии после начала превращения водорода в гелий. Если планета формируется во время этой ранней фазы, вся вода на ее поверхности может испариться до момента остывания звезды. Даже если сейчас температура на поверхности Кеплер-186 f и допускает наличие воды в жидкой форме, самой воды там уже может просто не быть.

Еще одна проблема, которая связана с близостью к звезде, — скорость планетезималей и эмбрионов планет. Эти каменистые тела быстро двигались по сходящимся орбитам. На последнем этапе процесса планетообразования все могло закончиться серией столкновений на высоких скоростях, способных лишить молодой мир и атмосферы, и воды.

Второй вопрос обусловлен тем фактом, что, судя по всему, других планет после Кеплер-186 f в этой системе нет. Разумеется, Земля находится в совершенно других условиях. За ее орбитой располагаются Марс и область газовых гигантов. Особенно большую роль в эволюции нашей планеты сыграл Юпитер, который благодаря своей мощной гравитации, как считается, обеспечил попадание во внутреннюю область Солнечной системы богатых льдом планетезималей, давших воду для наших океанов. Следует оговориться, что такой гравитационный пинбол с участием газовых гигантов может иметь печальные последствия для молодой планеты. Однако отсутствие воды в любом случае исключает возможность зарождения жизни земного типа. Значит ли это, что отсутствие такого рассеивателя планетезималей делает Кеплер-186 f безводным миром?

В этом смысле положение Кеплер-186 f кажется весьма незавидным. Впрочем, если взглянуть на устройство планетной системы, можно прийти к другому, более обнадеживающему выводу. Ее составляют пять миров, находящихся в непосредственной близости от звезды. Чтобы они могли сформироваться на своих текущих орбитах, первичный протопланетный диск должен был содержать объем вещества, превышающий массу Земли в 10 раз. Причем большая его часть должна была быть сосредоточена на расстоянии не более 0,4 а.е. от звезды. Как показывают наблюдения, в дисках вокруг молодых звезд такое распределение вещества встречается весьма редко. Более вероятным представляется сценарий, в котором планеты сформировались на большем расстоянии от звезды Кеплер-186, а затем мигрировали во внутреннюю часть системы. В этом случае отпадают обе проблемы: при формировании в более холодных внешних областях диска планеты могли обрасти льдом, что позже позволило им превратиться в богатые водой миры. По завершении бурной фазы протозвезды планеты могли мигрировать к центру системы в результате взаимодействия с газом. И вот тут-то крайнее положение Кеплер-186 f могло быть ей только на руку, так ей было проще не попасть в приливный захват. При обычном вращении поверхность планеты нагревается равномерно, поэтому на ней вполне могла сохраниться вода.