Каждую ночь, перебирая звезды, астрономы приближаются к тому, чтобы узнать, насколько заполнена наша Вселенная — или, по крайней мере, наша галактика. Спустя четверть века после того, как на орбитах других звезд были обнаружены первые экзопланеты, статистические данные показали, что, в среднем, у каждой звезды в Млечном Пути должна быть хотя бы одна планета под боком. Если достаточно долго и пристально вглядываться в окрестности каждой отдельной звезды в нашей галактике, рано или поздно почти гарантированно что-то найдешь.
Но даже переполненная Вселенная может быть одиноким местом. Наш богатый планетами Млечный Путь может оказаться совершенно безжизненным. Из всех известных миров в галактике, только горстка планет напоминает Землю по размерам и положению на орбите — то есть, находятся в условной жизнепригодной «зоне Златовласки». Такой мир должен быть не слишком большим, не слишком маленьким, не слишком горячим и не слишком холодным, чтобы поддерживать состояние жидкой воды и жизнь на своей поверхности. Вместо этого, большинство планет Млечного Пути не соответствуют никаким представлениям о жизнепригодности: это «суперземли», которые больше нашей планеты, но меньше Нептуна. Никаких суперземель, которые кружились бы вокруг нашего Солнца и которые можно было бы изучать напрямую, не существует, поэтому узнать, как они ведут себя возле других звезд, очень сложно. Да и вообще, загонять пригодность для жизни в какие-то узкие рамки, учитывая то, как мало мы знаем, кажется весьма наивным.
Содержание
- 1 Зона Златовласки
- 2 Мерзлая суперземля
- 3 По следам истории
- 4 Время сделать снимок?
Зона Златовласки
Пытаясь совладать с этими астробиологическими загадками, ученые грезят новыми поколениями телескопов и космических аппаратов, чтобы найти и изучить признаки жизнеобитания и возможную жизнь за пределами Солнечной системы.
Но доказательство, опровергающее одинокую, но переполненную вселенную, может быть на расстоянии вытянутой руки, говоря языком звезд. В 2016 году исследования показали, что планета размером с Землю, находится совсем рядом, на умеренной орбите возле самого небольшого члена семейства Альфа Центавра, системы из трех звезд в 4,4 светового года от нашего Солнца. Более того, другой утомительный поиск ближайшего соседа к нашей Солнечной системе, звезды Барнарда, в каких-то шести световых годах от нас, раскрыл подходящую планету и там. Это большая, холодная суперземля, названная Звездой Барнарда b (Barnard’s Star b).
Международная команда из более 60 астрономов, используя обсерватории по всему миру, подробно расписала обнаружение планеты в выпуске Nature от 14 ноября (мы коротко упоминали это открытие). Все это открывает ворота к будущим исследованиям — и сравнениям — двух таких знакомых и в то же время чуждых нам планет рядом с Солнечной системой.
Мерзлая суперземля
«Если вы живете в городе с миллионом человек, вам не нужно встречаться с каждым из них — но, возможно, вы захотите встретиться со своими ближайшими соседями», говорит ведущий автор исследования Игнаси Рибас, астроном из Института космических исследований Каталонии в Испании. «Именно это мы делаем с планетарными системами у звезд, которые нас окружают. В противном случае мы не смогли бы ответить на большие вопросы. Как наша Солнечная система и наша Земля соответствуют остальной части галактики? Существуют ли другие обитаемые или необитаемые планеты? Звезда Барнарда b не дает нам пока ответов на эти вопросы, но рассказывает нам часть истории, которую мы хотели бы знать».
Расположенная в созвездии Змееносца, звезда Барнарда настолько тусклая в видимом свете, что ее нельзя увидеть невооруженным глазом. Тем не менее, она была фаворитом астрономов с 1916 года, когда измерения показали, что ее кажущееся движение по небу было больше, чем у любой другой звезды относительно нашего Солнца — из этого следовало, что она находится чрезвычайно близко в космосе. Близость звезды к нам лишь временная — через десятки тысяч лет ее траектория уведет ее из списка ближайших к нашей Солнечной системе звезд.
По словам Рибаса и его коллег, планета-кандидат по крайней мере в три раза тяжелее нашей и вращается на 233-дневной орбите вокруг своей звезды. В нашей системе она была бы в пределах орбиты Венеры, но звезда Барнарда относительно нашей небольшая и тусклая, красная карликовая звезда. Это значит, что ее компаньон находится вблизи «снежной линии», границы, за которой вода почти наверняка будет в форме замороженного льда. Эта область возле звезд, как полагают, должна быть забита планетами, но это еще предстоит узнать наверняка.
Звезда Барнарда b должна получать 2% от того звездного света, который Земля получает от Солнца — этого достаточно, чтобы температура поверхности была -150 по Цельсию. Возможно, предполагает Рибас, планета твердая и покрыта толстым слоем льда, поверхность ее напоминает поверхность замороженных спутников Юпитера и Сатурна. Перспективы жизни на таком мире будут весьма отдаленными — если, конечно, у него не будет подповерхностного океана, который поддерживается в жидком состоянии внутренним теплом. В таком случае недра должны оставаться теплыми в течение очень долгого времени — возраст планеты должен быть где-то между шестью и одиннадцатью миллиардами лет. Для сравнения, возраст Земли — четыре с половиной миллиарда лет.
В качестве альтернативы, планета может быть покрыта толстым изолирующим одеялом из оставшегося водорода после рождения во вращающемся диске газа и пыли вокруг звезды. Хотя водород на более мелких и горячих мирах должен рассеиваться в космос, суперземли на холодных орбитах могут удерживать его достаточно долго, чтобы газ запустил массивный парниковый эффект, согревающий планету. Если этот механизм будет запущен на Звезде Барнарда b или на других холодных суперземлях, «наши мечты о том, что каждая звезда может обзавестись обитаемой планетой, могут осуществиться», говорит Сара Сигер, охотник за планетами из Массачусетского технологического института, не принимавшая участия в исследовании Рибаса. «Где-то там могут быть совершенно безумные миры».
По следам истории
Некоторые миры, увы, слишком хороши, чтобы быть правдой. В 1963 году голландский астроном Питер ван де Камп «открыл» планеты возле Звезды Барнарда — связав предположительные сдвиги в движении звезды на плоскости неба с гравитационным воздействием невидимых планет. Но к 1970-м годам свидетельства существования планет ван де Кампа испарились, их списали на различные ошибки и упущения в наблюдениях. При этом вера ван де Кампа в свои убеждения была непоколебима; он продолжал верить в существования планет на протяжении всей своей жизни.
Эта предостерегающая история преследует и современных охотников на планеты. Несмотря на то, что современные подтверждения мира возле Звезды Барнарда куда более уверенные, чем в то время, ученые не спешат с заявлениями.
Некоторые эксперты до сих пор не уверены в обнаружении планеты. «Поскольку планеты существуют повсюду, я предполагаю, что и возле Звезды Барнарда они должны быть», говорит Дебра Фишер, астроном и известный охотник за планетами из Йельского университета. «Может быть даже одна с несколькими массами Земли и периодом вращения 233 дня. Но данный анализ не дает достаточно сильной уверенности, на мой взгляд».
Напротив, Ксавье Дамаск, астрофизик из Женевской обсерватории в Швейцарии, также не связанный с исследованием Рибаса, находит доказательства того, что Звезда Барнарда b вполне убедительна. «С точки зрения вероятности существования этой планеты, я думаю, никаких сомнений быть не может. Ее сигнал весьма четкий».
Случай Звезды Барнарда b представляет собой невероятный подвиг в сборе и анализе данных, собранных в ходе сотен проведенных измерений на семи инструментах мирового класса на больших наземных телескопах на протяжении более 20 лет. Каждое измерение отслеживает радиальное ускорение Звезды Барнарда — ее движение в сторону Земли или от нее, которое может колебаться, если на звезду оказывается гравитационное воздействие планет поблизости. Сигнал, приписываемый Звезде Барнарда b, представляет собой колебание чуть более метра в секунду — эффект чуть ли не скорости пешехода, который легко принять за активность звезды или инструментальную ошибку. Именно его стабильное проявление в течение двадцати лет, как показывают данные из многих источников, позволяет предположить, что сигнал обусловлен не инструментальным шумом, а чем-то еще.
Звезда Барнарда может иметь преимущество, несмотря на историю охоты на планеты. Это одна из самых спокойных звезд, что делает ее удобной для расчета радиального ускорения. Рибас и его коллеги также настаивают, что сделали выводы и вынесли уроки из прошлых заявлений о фантомных мирах. Интенсивные наблюдения в дальнейшем исключили воздействие звездных пятен и других очевидных источников, которые можно было бы принять за планету, а также провели миллион симуляций, чтобы заключить, что шанс на то, что сигнал вытекает из звездных эффектов, меньше 1%. «Я на 99% уверен, что планета есть», говорит Рибас. «Но из головы не выходит история с Питером ван де Кампом. Если кто-то предоставит мощные аргументы против нашего открытия, я отступлю! Я не хотел бы стать ван де Кампом 21 века».
Время сделать снимок?
Так или иначе, определенность относительно этого спорного планетарного кандидата скоро образуется. Уже сейчас работа команда исключила любые планеты размером с Землю на орбитах, составляющих 40 дней или меньше вокруг Звезды Барнарда, при этом также обнаружила покачивания, пока не подтвержденные намеки на другую планету, прячущуюся подальше. (К сожалению для ван де Кампа, такая планета все равно не будет соответствовать его предыдущим заявлениям).
И хоть это маловероятно, эта планета может по некой случайности встать в точную линию с нашей перспективной с Земли, так что при «транзите» сможет бросить обнаружимую планетарную тень на наши телескопы. Но большинство планет не проходят так, что их видно с Земли, отчасти потому что лежат на широких орбитах у своих звезд, как Звезда Барнарда b.
Впрочем, относительно широкое разделение планеты и звезды предлагает другой любопытный вариант: перспективу сделать ее фотографию, осуществить «прямую визуализацию». Снимок Звезды Барнарда b мог бы выявить множество необычных вещей, истинную природу планеты — будет она замороженной суперземлей, водородным парниковым миром или чем-то еще, о чем теоретики даже не подозревают. С таким снимком астрономы могли бы сделать еще шаг ближе к решению загадки одиночества нашей переполненной вселенной.
В 2020-е годы на сцене появится новое поколение очень больших наземных телескопов. Каждый из них будет оснащен зеркалом для сбора звездного света диаметром 30 метров или больше, которое сможет отличить слабые фотонные выбросы планеты. Только вот первые обсерватории будут настроены на тепловую визуализацию — а она не очень подходят для поиска ледяных миров. Куда более многообещающей будет запланированная на запуск после телескопа Джеймса Вебба космическая обсерватория WFIRST.
Если, конечно, запуск состоится. Если Звезда Барнарда b существует, выявить ее при помощи WFIRST может быть вполне реально.
