09.12.2011. - Исследуем экзопланеты. Как могут жить чужие

Исследуем экзопланеты. Как могут жить чужие

09.12.2011

В последнее время, благодаря, в том числе, богатому улову телескопа "Кеплер", ученые получили информацию о новых экзопланетах. Как они выглядят, что дают для жизни, чем могут заинтересовать исследователей? Рассмотрим несколько примеров.

Мы уже выяснили, какими возможностями обладает человечество для обнаружения внесолнечных планет. Благодаря активным поискам с Земли и из космоса мы узнали про сотни новых экзопланет. Правда, в большинстве случаев требуются длительные наблюдения, которые должны подтвердить, что данные явления действительно вызваны присутствием экзопланеты. Экзопланеты, реальное существование которых не подтверждено, часто называют планетами-кандидатами.

В настоящее время в НАСА зарегистрировали 564 экзопланеты, существование которых подтверждено. Таким образом, сегодня мы знаем, что минимум 474 звездные системы имеют свои планеты.

К сожалению, среди почти шести сотен более-менее изученных планет нет ни одной «копии» Земли. Есть 343 газовых гиганта, 141 раскаленная планета размером с Юпитер и 80 других, в частности «суперземель» - скалистых планет в несколько и более раз тяжелее нашей родной планеты. Может кому-то это покажется удручающим и разочаровывающим фактом, однако взгляните на размер участка космоса, где нашли большинство экзопланет. Массу в основном крупных экзопланет мы обнаружили в радиусе 300 световых лет – и это при диаметре галактики в 100 тыс. световых лет, толщине ее диска в 1 тыс. световых лет и центра в 3 тыс. световых лет. Исключение составляют некоторые находки космического телескопа Kepler, но открытые им планеты так далеко, что мы вряд ли сможем выяснить, обитаемы ли они. Получается, что мы осмотрели лишь небольшую часть нашего галактического дома, да и то – современные инструменты не позволяют надежно находить и рассматривать планеты размером с Землю и тем более спутники планет, которые также могут быть с высокой вероятностью обитаемы. По расчетам специалистов обсерватории Лоуэлла, до 5% планет-гигантов могут иметь спутники, пригодные для жизни.

К огромному расстоянию добавляются сложные условия наблюдения: обилие звездной пыли затрудняет изучение удаленных частей галактики в видимом диапазоне. Фактически, поиск жизни возможен только в радио- и инфракрасном диапазонах.

Поэтому, к сожалению, мы очень мало знаем о найденных экзопланетах. Даже планеты-сады, покрытые инопланетными лесами с разнообразным животным миром, мы пока вряд ли отличим от безжизненных скалистых шаров.

Звезда Gliese 581 - 20 световых лет

Этот красный карлик спектрального класса M3V имеет светимость всего 1% от солнечной и до недавнего времени искать там жизнь считалось бесперспективным – слишком слабо светятся красные карлики. Gliese 581 имеет три подтвержденные экзопланеты: горячие близкие к звезде Gl 581b и Gl 581e, а также более прохладные Gl 581c и Gl 581d.

Планета Gl 581с (5 масс Земли) расположена на расстоянии всего 0,073 астрономических единиц от Gliese 581, и теоретически на ее поверхности может существовать жизнь. Правда, условия, в которых ей придется выживать, благоприятными не назовешь. Дело в том, что год на Gl 581с составляет только 13 суток, а планета всегда повернута к своей звезде одной стороной. Это вызывает постоянные ветры ураганной силы. Правда, это не делает такие экзопланеты непригодными для жизни. Ученые из Научно-исследовательского центра НАСА им. Эймса установили, что экзопланеты с сильно вытянутыми орбитами, постоянно повернутые к своей звезде одной стороной, испытывают либрации. Эти периодические колебания позволяют освещать большую часть планеты (до 90%), как например либрации Луны, благодаря которым мы можем видеть 59% ее поверхности.

Экзопланета Gl 581с считается потенциально пригодной для жизни, смущает лишь возможное наличие плотной атмосферы из метана и углекислого газа. Она могла бы сгладить «убийственную» разницу температур на освещенной и темной сторонах планеты, но при этом вызвала бы парниковый эффект, доводя температуру на поверхности до точки кипения воды и выше. А вот сила тяжести на уровне 1,6 g вполне переносима даже многими земными организмами, не говоря уже о гипотетических местных животных, привыкших к гравитации родной планеты.

Вторая планета Gl 581d находится на расстоянии 0,22 а.е. от Gliese 581, т.е. в обитаемой зоне звезды М-класса. Если в атмосфере Gl 581d (7,7 масс Земли) достаточно углекислого газа, она может быть обитаема – благодаря тому самому парниковому эффекту, который «поджаривает» жизнь на перегретой Gl 581с. Хотя опять же речь о комфортности Gl 581d идет с возможной поправкой на ураганные ветры, связанные с тем, что планета всегда повернута к своей звезде одной стороной. Также она довольно мрачновата с человеческой точки зрения: двойная сила тяжести и даже на дневной стороне вечные красные сумерки с густым облачным покровом.

Планеты Gl 581с и Gl 581d, как ближайшие к нам землеподобные небесные тела, будут первоначальными целями для будущих миссий по поиску других миров. Кроме того, это подходящие кандидатуры для попытки установления радиосвязи с потенциальными разумными инопланетянами.

В системе Gliese 581 также обнаружили признаки существования еще двух планет, пока неподтвержденных: Gl 581f и Gl 581 g. Первая находится на расстоянии 0,758 а.е. от центральной звезды. Это холодный замерзший мир, на котором вряд ли существует жизнь, аналогичная Земной. Однако она попадает в зону обитания метановой жизни, основанной не на воде, а на жидком метане. В окрестностях Gliese 581 на поверхности планет, расположенных в зоне между 0,63 и 1,66 а.е., при определенных характеристиках атмосферы температура не должна превышать -179 градусов по Цельсию. Этого достаточно для поддержания метана в жидком виде. Таким образом, организмы, способные дышать водородом, ацетиленом и выдыхать метан, могут жить под солнцем красного карлика и комфортно себя чувствовать в «приятных водах» жидкого газа.

Как бы то ни было, мы ничего не знаем о подобной метановой жизни – на Земле нет аналогичных развитых организмов. Поэтому намного интереснее еще одна планета-кандидат: Gl 581g. Она расположена на расстоянии 0.14 а.е. от центральной звезды и всего в 3-4 раза тяжелее Земли. Потенциально Gl 581g пригодна для жизни на водной основе, так как располагается в зоне, допускающей существование жидкой воды на поверхности. По приблизительным расчетам ученых, температура на поверхности Gliese 581g на ночной стороне составляет ?34 градуса Цельсия, а на дневной +71 градус Цельсия. Не очень комфортно по нашим меркам, но атмосфера должна сгладить эти перепады, а на границе дня и ночи должны быть вполне комфортные условия, исключая все тот же ураганный ветер.

Gliese 581g была открыта в 2010 году, к сожалению, все последующие наблюдения этого региона не подтвердили факт существования этой планеты - последнее наблюдение состоялось 13 октября 2011 г. с помощью спектрометра HARPS. Любителям теорий заговоров этот факт добавил поводов развернуть дискуссию. Дело в том, что немного ранее австралийский астроном из SETI Рагбир Бхатал сделал сенсационное заявление: якобы он наблюдал в районе Gl 581g «мощный сигнал, похожий на лазерный импульс».

Если планета Gl 581g действительно существует, и если на ней есть разумная жизнь, то с ней можно связаться даже с помощью современных технологий радио- и лазерной связи. За 80 лет жизни человек смог бы два раза отправить инопланетянам свое сообщение и два раза получить ответ.

55 Cancri - 44 световых года

У этой, похожей на наше Солнце, звезды обнаружили целых пять планет. Правда, три из них слишком близко к жаркой 55 Cancri. Так, экзопланета 55 Cancri b массой в 0,8 Юпитера удалена от светила всего на 0,118 а.е. и обращается вокруг него за 14,6 дней. Это ближе, чем Меркурий к Солнцу, поэтому жизнь на поверхности 55 Cancri b невозможна.

Планеты 55 Cancri c (0,21 массы Юпитера), 55 Cancri e (18 масс Земли) также находятся слишком близко к центральной звезде и не могут дать начало жизни. 55 Cancri d (4 массы Юпитера) наоборот – слишком далеко (5,9 а.е.), существование жидкой воды на спутниках этой планеты-гиганта маловероятно. А вот планета 55 Cancri f находится на расстоянии 0,738 а.е. от звезды 55 Cancri, т.е. немного дальше, чем орбита Венеры. Это расстояние, при определенных условиях, обеспечивает существование жидкой воды на поверхности. Правда, 55 Cancri f слишком велика – 0,1 массы Юпитера. Однако жизнь может существовать на поверхности спутников данной экзопланеты, особенно если у нее есть очень большие спутники – размером с Марс, где вода способна задержаться на миллионы лет. Надо отметить, что в Солнечной системе таких крупных спутников нет, а обнаружить их за пределами нашей звездной системы пока не удавалось.

Астрономы отмечают большой промежуток между орбитами 55 Cancri f и 55 Cancri d, внутри которого могут скрываться небольшие потенциально обитаемые планеты размером с Землю. К сожалению, с помощью современных инструментов их не найти.

HD 160691 – 49 световых лет

Звезда HD 160691 очень похожа на Солнце и имеет 4 подтвержденные планеты. Планета HD 160691b (1,94 массы Юпитера) находится на расстоянии 1,65 а.е. от центральной звезды и движется по вытянутой орбите, то приближаясь к своей звезде на расстояние сравнимое с орбитой Земли, то удаляется дальше Марса. Год на этой планете длится 734 дня и, теоретически, ее спутники могут быть обитаемы, хотя климат с огромными сезонными перепадами температур не назовешь приятным.

Газовый гигант HD 160691e (0,5 массы Юпитера) находится на расстоянии около 0,9 а.е. и его орбита практически повторяет орбиту Земли (год длится 310 дней). На спутниках этой планеты может существовать вода в жидком виде, а значит, и жизнь.

Экзопланеты HD 160691с (1 масса Юпитера) и HD 160691d (14 масс Земли) вряд ли могут приютить жизнь в знакомом нам виде: первая имеет очень вытянутую орбиту (год длится 1300 дней), и ее спутники большую часть года сковывает ледяной холод. Вторая экзопланета находится слишком близко к звезде (всего 0,09 а.е.), и ни один известный нам организм не переживет даже один ее год длиной всего 9,5 дней.

Не исключено, что в системе HD 160691 есть и другие планеты, в том числе и двойники Земли. Однако условия не позволяют проводить непосредственные наблюдения в видимом и инфракрасном диапазонах, а вышеперечисленные планеты-гиганты были найдены с помощью спектрометрического измерения радиальной скорости.

Эпсилон Эридана – 10,4 световых года

Близость этой звезды к нашей планете представляет особый интерес: радиосигнал идет туда и обратно «всего» около 20 лет, а отправка беспилотного зонда выглядит не фантастикой, а «всего лишь» делом далекого будущего. Более того, Эпсилон Эридана не намного холоднее нашего Солнца, поэтому обнаружение в этой звездной системе экзопланеты было знаменательным событием. Планета Epsilon Eridani b массой 0,86 Юпитера находится на расстоянии 3,3 а.е. от звезды и имеет вытянутую орбиту, что делает год чрезвычайно длинным: 2502 дней. Это ставит крест на надежде найти «водную» жизнь на спутниках этой планеты.

Однако система Эпсилон Эридана может иметь землеподобные планеты, жаль, из-за пыли рассмотреть их пока не удается. Тем не менее, некоторые ученые считают, что в системе есть еще две, пока не открытые, планеты, а Epsilon Eridani b движется не по вытянутой, а по круговой орбите. Об этом свидетельствуют плотные кольца пыли, которые неминуемо разрушились бы, если бы сквозь них периодически проходила такая крупная планета.

Система Эпсилон Эридана намного моложе Солнечной. Ей около 800 млн лет, а значит, планеты там только-только сформировались. Таким образом, человечество может стать свидетелем зарождения жизни буквально по соседству с нашим космическим домом. Скорее всего, Эпсилон Эридана станет одним из основных объектов для изучения будущими миссиями-охотниками за экзопланетами.

OGLE-2005-BLG-390L – 21 тыс. световых лет

На сегодня планета OGLE-2005-BLG-390L b – самая удаленная из всех обнаруженных. Ее удалось найти в системе красного карлика с помощью гравитационного микролинзирования. Планета всего в 5,5 раз тяжелее Земли, однако она расположена на расстоянии 2,6 а.е. от своей тусклой звезды, что означает вечный мрак и холод на каменистой поверхности, доходящий до -220 градусов по Цельсию.

Перечисленные выше экзопланеты – это лишь малая часть сотен миров, которые удалось обнаружить астрономам. Осталось лишь внимательно изучить найденное и отыскать «иголку в тысяче стогов сена». Одним из главных шагов в поиске жизни на других мирах станет изучение состава их атмосферы. Заняться этим должен, в частности, космический аппарат ЕКА PLATO, который планируется запустить в 2017-2018 году. Пока же можно сказать, что с Землей нам очень повезло: такого удачного расположения и мягкого климата нам еще не довелось найти. Хотя, скорее всего, это дело нескольких десятилетий.

Михаил Левкевич

http://rnd.cnews.ru/reviews/index_science.shtml?2011/12/09/468094_2