Transcription
Вселенная… наполнена бесчисленными другими мирами. Среди тысяч экзопланет, обнаруженных за пределами Солнечной системы, ни одна пока не может считаться более гостеприимной для нас, чем Земля. Одни расплавлены невыносимым жаром близлежащих звезд, другие навечно скованы льдом или опалены разрушительной радиацией. Но среди множества негостеприимных миров есть и другие, совсем иные. На их поверхности — великие воды океанов и рек, по небу плывут облака, а в атмосфере бушуют ливни и грозы. Возможно, эти миры смогут стать колыбелью для прекрасной и уникальной жизни, как это когда-то произошло на Земле. И сегодня мы отправимся в гости к некоторым из самых примечательных из них.
Трудно спорить с тем, что жизнь — одно из самых удивительных, сложных и таинственных явлений во Вселенной. Несмотря на то, что мы изучаем ее тысячи лет, многие важные вопросы о ней до сих пор остаются без ответа. И самый главный из них — насколько широко распространена биологическая жизнь за пределами нашей планеты? На данном этапе мы пока не можем с достаточной степенью уверенности сказать, является ли земная биосфера уникальным явлением или же она возникла как естественный и закономерный результат непрерывной эволюции. Неудивительно, что поиск жизни за пределами Земли является одним из важнейших направлений в науке.
И для того, чтобы выявить наиболее перспективные в этом отношении небесные тела, используется так называемый «Индекс сходства с Землей» или ESI. Он основан на двух основных параметрах: уровне гравитации на поверхности небесного тела и его равновесной температуре. Именно эти параметры, по мнению ученых, определяют, насколько другой мир может быть похож на Землю и насколько благоприятны условия на его поверхности для гипотетической жизни. Неоспоримым преимуществом ESI является его простота, ведь при обнаружении экзопланеты обычно удается определить ее примерную орбиту, массу и размер, а этих данных как раз достаточно для расчета основных параметров индекса. Однако, при всей своей привлекательности, он не учитывает множество факторов, критически важных для поддержания жизни. Поэтому мы позволим себе быть настолько самонадеянными, чтобы сформулировать собственную систему оценки, взяв за основу ESI и дополнив ее несколькими важными параметрами.
В качестве одного из них можно выделить активность родительской звезды. Известно, что частые вспышки и выбросы звездного вещества, характерные для красных карликов, могут негативно сказываться на стабильности атмосферы и радиационном фоне ближайших экзопланет. Тем не менее, красные карлики считаются более благоприятными, чем крупные звезды вроде Сириуса или Веги, поскольку продолжительность жизни гигантских звезд слишком коротка, а излучение — слишком разрушительно, не оставляя шансов для развития потенциальной жизни. Наиболее благоприятными же являются оранжевые и желтые карлики, к которым относится и наше Солнце.
Вероятность приливного захвата — еще один значимый фактор, который необходимо учитывать. Эта вероятность зависит от расстояния между экзопланетой и ее звездой. Небесные тела, расположенные слишком близко к своим звездам, постоянно обращены к ним только одной стороной. Вследствие этого между их дневным и ночным полушариями возникает большая разница температур. Слишком большое расстояние от источника тепла и света выводит планету за пределы обитаемой зоны, что резко снижает ее жизнеспособность.
Также необходимо учитывать тип и химический состав данной экзопланеты, поскольку для развития гипотетической жизни требуется определенный набор химических элементов в сочетании с характерным рельефом. Такие условия можно наблюдать на каменистых планетах земного типа, или суперземлях. Мини-нептуны же не имеют твердых поверхностей, а океанические планеты испытывают дефицит многих элементов. Таким образом, заданный нами набор параметров позволяет комплексно оценить, насколько благоприятны условия на той или иной экзопланете для гипотетической жизни.
Например, в такой схеме Земля будет выглядеть чрезвычайно привлекательно по этим параметрам, являясь естественным эталоном для других объектов. В то же время, Марс, несмотря на самый высокий индекс сходства с нашей планетой во всей Солнечной системе, имеет ряд очевидных недостатков. Он слишком холодный, слишком маломассивный и демонстрирует значительный дефицит воды. Венера же, напротив, несмотря на кажущееся внешнее сходство с Землей, слишком горяча из-за сильного парникового эффекта. И хотя большинство ее параметров находятся в зеленой зоне, чрезвычайно высокая температура является критическим недостатком планеты, фактически сводящим на нет все ее преимущества. Таким образом, в пределах Солнечной системы нет планет, достаточно похожих на Землю, чтобы считаться благоприятными для жизни.
Однако за ее пределами уже обнаружено более пяти тысяч других миров, вращающихся вокруг далеких звезд. И во многих отношениях некоторые из них можно считать похожими на нашу планету. Одним из таких ближайших к нам объектов является экзопланета, известная как Gliese 1002 b. Она расположена всего в 15,2 световых годах от нашей планеты. Была обнаружена в 2022 году методом лучевых скоростей. Этот метод эффективен для поиска относительно близких экзопланет и заключается в улавливании тонких колебаний родительской звезды, вызванных движением вокруг нее космических объектов. Экзопланета находится вблизи небольшого и тусклого красного карлика, известного как Gliese 1002. Его радиус составляет всего 14% от солнечного, а масса — в 8 раз меньше, чем у нашей звезды. Учитывая, что Gliese 1002 имеет температуру поверхности всего 3000 К, или около 2730 °C, неудивительно, что его светимость чрезвычайно слаба: она примерно в 700 раз меньше солнечной. Наблюдения также показывают, что объект довольно спокоен, что нехарактерно для звезд такого класса. Из-за низкой светимости этого красного карлика его обитаемая зона имеет чрезвычайно малый радиус и ширину. Однако объект Gliese 1002 b расположен недалеко от ее внешнего края и может считаться потенциально обитаемым.
По данным наблюдений, это небесное тело совершает полный оборот вокруг центра своей системы примерно за 10 земных дней. Следовательно, средний радиус его орбиты явно очень мал и составляет около 0,046 а.е. Предполагается, что из-за экстремальной близости к родительской звезде экзопланета, скорее всего, находится в приливном захвате, постоянно обращенной к ней одной стороной. Расчеты показывают, что небесное тело получает от своей звезды в полтора раза меньше энергии, чем Земля от Солнца, а его средняя температура поверхности может составлять примерно 230 К или -43 °C. Между прочим, это немного теплее, чем на Марсе. Учитывая приливный захват и возможное парниковое влияние, это означает, что на поверхности экзопланеты может существовать жидкая вода, а значит, могут быть условия для поддержания жизни. По крайней мере, некоторые земные организмы способны выживать в таких условиях.
Расчеты также показывают, что масса Gliese 1002 b на 8% больше, чем у нашей планеты, а радиус превышает земной всего на три процента. Используя эти данные, нетрудно определить ускорение свободного падения на поверхности небесного тела — оно практически не отличается от привычного нам значения. Таким образом, совокупность всех известных факторов позволяет предположить, что Gliese 1002 b является каменистой планетой, большая часть которой покрыта льдом. Благодаря своим размерам, очень близким к земным, она имеет довольно высокий ESI — 0,86, и в нашей схеме этот объект будет выглядеть следующим образом. В то же время моделирование климата планеты показывает, что ее освещенное полушарие может получать достаточно энергии для поддержания океана жидкой воды с архипелагами островов или даже полноценными континентами. В то же время приливные деформации, вызванные близлежащей звездой, разогревают недра планеты, поэтому существование океана, скрытого подо льдом даже на ее ночной стороне, исключать нельзя.
Между прочим, Gliese 1002 b — не единственная планета в системе. Она была обнаружена вместе с другим объектом под названием Gliese 1002 c, который расположен немного дальше, а именно на расстоянии 0,074 а.е. от центра. Полный годовой оборот занимает у этой экзопланеты 21 день, а ее масса превышает земную примерно на 36%. Объект получает от родительской звезды в 4 раза меньше энергии, чем наша планета от Солнца, поэтому температура на его поверхности довольно низкая — всего около 182 К или минус 91 °C. Если использовать разработанную ранее схему, то эта экзопланета будет выглядеть так. Можно предположить, что условия на поверхности Gliese 1002 c близки к тем, что наблюдаются на спутниках Юпитера или Сатурна. Повышенная вулканическая активность, вызванная высокой массой планеты, может привести к образованию скрытого океана с теплой и соленой водой, богатой множеством химических соединений. Гипотетически, жизнь могла бы развиваться и в таких условиях, возможно, в весьма необычных и неожиданных формах.
Конечно, среди огромного разнообразия известных экзопланет можно найти и гораздо более теплые и благоприятные миры. Такова, например, планета K2-72 e, расположенная в 217 световых годах. Она вращается вокруг небольшого красного карлика, примерно в 4 раза менее массивного, чем наша звезда. Ее радиус составляет 0,33 солнечного радиуса, а температура относительно низкая, достигая 3360 К или около 3100 °C. Наблюдения, проведенные орбитальным телескопом «Кеплер», показали, что экзопланета пересекает диск родительской звезды каждые 24 дня. Это означает, что радиус ее орбиты очень мал и составляет около 0,1 а.е., что подразумевает, что небесное тело находится в пределах обитаемой зоны и может считаться потенциально благоприятным для обитания. Согласно полученным данным, также предполагается, что K2-72 e может находиться в приливном захвате или орбитальном резонансе, как Меркурий. Несмотря на низкую светимость звезды, экзопланета получает на 11% больше энергии, чем Земля от Солнца. При условии, что атмосфера K2-72 e схожа с земной, средняя температура на ее поверхности должна составлять около 295 К или +22 °C, что немного теплее, чем на нашей планете. В то же время стоит помнить, что если небесное тело находится в приливном захвате, существует высокая вероятность экстремальных температурных колебаний между дневным и ночным полушариями. Помимо этого, необходимо учитывать, что ее родительская звезда, как и большинство других красных карликов, непостоянна и часто наблюдается ее вспышки и выбросы большого количества звездного вещества, что может быть губительно для атмосферы и поверхности ближайших космических объектов.
Расчеты показывают, что K2-72 e на 29% больше Земли в диаметре и примерно в 2,2 раза массивнее. Зная это, мы можем рассчитать уровень гравитации на поверхности этого небесного тела: он примерно на 32% выше, чем мы привыкли. Таким образом, с учетом всех известных данных, можно предположить, что эта экзопланета, скорее всего, является каменистой суперземлей, где могут присутствовать жидкая вода и плотная атмосфера. Ее индекс сходства с Землей довольно высок и составляет 0,87, и в нашей схеме этот объект будет выглядеть следующим образом. Планеты такого типа, как ожидается, будут обладать широким разнообразием химических элементов, а их топография должна быть ровной и благоприятной для зарождения жизни. Несомненно, частые вспышки близлежащей звезды представляют ощутимую угрозу для атмосферы, но мощное магнитное поле гипотетически будет отклонять частицы солнечного ветра, а океаны защитят их обитателей от этого разрушительного излучения. В этом случае можно предположить, что на K2-72 e можно наблюдать невероятные полярные сияния, намного более впечатляющие, чем на нашей планете.
Что касается гипотетической биосферы, которая могла бы развиться на такой планете, то она, вероятно, будет заметно отличаться от земной. Другой спектр падающего света может заставить местные растения использовать альтернативные вещества для фотосинтеза, поэтому их листья, скорее всего, будут пурпурного или красноватого цвета. Кроме того, чрезмерные радиационные опасности могут стать препятствием для выхода форм жизни на сушу. Альтернативно, это может привести к эволюционному формированию защитных адаптаций, таких как толстая кожа или специфические клеточные структуры. Подобные черты известны и у земных организмов, например, у тихоходок, архей и некоторых грибов.
Между тем, помимо этой планеты, привлекательной во многих отношениях, в системе были обнаружены еще три планеты. Две из них, получившие названия K2-72 b и K2-72 c, расположены очень близко к родительской звезде и немного больше нашей Земли. Предполагается, что из-за выбросов и солнечного ветра близлежащей звезды они лишены какой-либо атмосферы и похожи на Меркурий. Третья планета, K2-72 d, по оценкам, сопоставима по размеру с Землей, а радиус ее орбиты составляет около 0,08 а.е. Она совершает полный оборот вокруг центра системы примерно за 15 дней и находится у внутреннего края обитаемой зоны. Из-за высокой температуры условия на ее поверхности, вероятно, приближаются к венерианским, и вероятность зарождения жизни крайне мала. В любом случае, исследования этой системы продолжаются, а это значит, что нам еще многое предстоит узнать о ней в будущем.
Между прочим, все рассмотренные нами здесь объекты схожи по размеру с Землей. Однако жизнь, как известно, способна адаптироваться к самым разнообразным условиям, в том числе и к высокой гравитации, которая неизбежна на массивных планетах. Если мы отправимся примерно на 1800 световых лет от Солнечной системы, мы сможем найти желтого карлика с параметрами, очень близкими к параметрам нашего Солнца. Он называется Kepler-452, и это звезда главной последовательности, всего на 3,7% массивнее и на 11% больше Солнца. В 2015 году вблизи этой звезды методом транзита была обнаружена чрезвычайно примечательная экзопланета под названием Kepler-452 b. Высокоточные измерения позволили рассчитать, что она находится на расстоянии 1,04 а.е. от центра системы и совершает полный годовой оборот за 385 дней. Такое расположение делает вероятность приливного захвата небесного тела крайне низкой, что, несомненно, является благоприятным фактором.
По имеющимся данным, объект Kepler-452 b примерно в пять раз массивнее нашей планеты, а его радиус примерно в 1,5 раза больше земного. Это означает, что ускорение свободного падения на поверхности этого небесного тела в 2,2 раза выше, чем мы привыкли. Такой высокий уровень гравитации, вероятно, помогает планете удерживать плотную атмосферу, а также сглаживает ее топографию, что может привести к образованию многочисленных мелких и теплых морей. Такие условия считаются наиболее благоприятными для потенциального зарождения жизни, но такая высокая гравитация была бы чрезвычайно некомфортна для людей. Также известно, что Kepler-452 b получает от своей родительской звезды на 10% больше энергии, чем Земля от Солнца, и находится в ее обитаемой зоне. Расчеты показывают, что средняя температура поверхности объекта составляет около 300 К, или плюс 27 °C, что на 11 градусов больше, чем на нашей планете. Это означает, что климат Kepler-452 b может быть близок к тому, что был на Земле в мезозойскую эру. Однако при определенном составе атмосферы эта температура может быть опасной и привести к ускорению необратимого парникового эффекта до полного испарения океанов. По некоторым гипотезам, именно такой процесс радикально изменил Венеру — несколько миллиардов лет назад.
С учетом всех известных факторов, можно предположить, что Kepler-452 b — это, скорее всего, каменистая суперземля, богатая разнообразными элементами и минералами. Считается, что из-за повышенного содержания радиоактивных элементов планета такого типа должна проявлять повышенную вулканическую и тектоническую активность, а ее высокая гравитация должна препятствовать образованию чрезвычайно высоких гор и глубоких пропастей. В то же время соотношение суши и океана на поверхности Kepler-452 b должно отличаться от земного. Следовательно, есть вероятность, что эта экзопланета окажется безбрежным океаном, испещренным архипелагами.
Если мы на мгновение оставим абстрактные цифры и попытаемся представить, как могла бы выглядеть жизнь на этой удивительной планете, столь похожей на Землю и в то же время столь отличающейся от нее во многих отношениях, перед нашими глазами развернется поистине фантастическая картина. Вероятное обилие мелких теплых морей позволяет ожидать большого разнообразия водных форм жизни, от мельчайших до самых впечатляющих. Что касается суши, то, вероятно, там будут произрастать приземистые деревья с толстыми стволами и коренастые травянистые растения. Поскольку спектр родительской звезды в этой системе близок к солнечному, цвет фотосинтезирующих частей местных растений, скорее всего, будет нам знаком — зеленый или голубоватый. Мы также можем ожидать разнообразие мелких животных с крепкими костями и сильными мышцами. Другим возможным путем эволюции могут стать существа с внешним скелетом, подобные земным членистоногим. Что касается летающих существ, то мнения экзобиологов расходятся: одни считают, что высокая гравитация станет непреодолимым препятствием для полета, другие же предполагают, что высокая плотность атмосферы станет решающим благоприятным фактором в этом вопросе. В любом случае, нам еще предстоят долгие годы исследований, прежде чем мы сможем с какой-либо уверенностью сказать, что эта планета действительно пригодна для жизни!
Каждый год мы открываем сотни новых экзопланет. Некоторые из них — неприветливые и даже опасные, другие же очень похожи на Землю. Но как бы мы ни наблюдали за другими мирами, мы пока не можем достичь их. Земля остается нашим единственным домом, и мы должны использовать любую возможность, чтобы сохранить ее. Каждый шаг по пути прогресса оставляет шрам на лице нашей родной планеты, и вряд ли можно точно сказать, когда эти изменения станут необратимыми… И оставайтесь на связи.