В поисках второй Земли

В последние годы астрономы открыли сотни экзопланет, условия на которых теоретически могут совпадать с земными, — то есть потенциально обитаемых миров. Уже сейчас астрофизики приступают к изучению атмосферы некоторых таких объектов, и новые открытия не за горами.

Планеты земного типа

К целенаправленному поиску экзопланет астрономы приступили в 80-х годах прошлого века. Но активное начало гонке за новыми «землями», по всей вероятности, положила обнаруженная в 1995 году планета 51 Пегаса b, вращающаяся вокруг солнцеподобной звезды. Авторы открытия — Мишель Майор и Дидье Кело из Женевской университетской обсерватории.

С тех пор «урожай» пополнился сотнями объектов. Среди них планеты-гиганты; сверхземли (скалистые планеты, похожие на Землю строением, но в десятки раз превосходящие нашу планету по массе); газовые гиганты; планеты-океаны, целиком  покрытые жидкой водой глубиной до 100 километров; «горячие юпитеры»; железные планеты (железное ядро с тонким слоем мантии или без нее); «коричневые карлики» (космические тела, занимающие по своим массам промежуточное положение между звездами и планетами). Найдены даже целые планетные системы.

Благодаря внедрению передовых технологий с каждым годом становится все больше открытий. Чаще экзопланеты обнаруживают с помощью различных непрямых методик детектирования, реже — путем визуального наблюдения. Сегодня количество известных ученым планет превысило 700. Совсем недавно в тройной системе красных карликов GJ 667 (созвездие Скорпиона) в 22 световых годах от нас обнаружена планета, условия на которой максимально приближены к земным.

Планетный бум

Солнце, как любая звезда, не вечно — через 4-5 миллиардов лет оно перестанет поддерживать жизнь на нашей планете. Что такое миллиарды лет в рамках космических масштабов? Не так уж и много. И, быть может, ученые, которые сегодня способствуют активному развитию планетарной астрономии, тем самым вносят бесценный вклад в спасение будущего человечества.

Хотя сами они не задумываются о столь далеких перспективах. «Мы не изучаем планеты, чтобы когда-нибудь посетить эти миры, — говорит профессор астрофизики, руководитель лаборатории химической эволюции Вселенной Института астрофизики Канарских островов Гарик Исраэлян. — Мы их исследуем, чтобы понять наши корни и нашу эволюцию, и вообще изучаем природу в целом, а не по частям. Я допускаю наличие других разумных существ во Вселенной, потому что верю в универсальность законов природы. Но, на мой взгляд, есть вопросы более интересные. Это законы природы, которые управляют нами и другими цивилизациями».

Еще лет 10 назад многие ученые полагали, что планеты земного типа – исключительная редкость в космосе. Этот взгляд вполне объясним, ведь с 1996 по 2003 год астрономы открывали только гиганты наподобие Юпитера и Сатурна. Но потом стали находить объекты, более похожие на Землю.

К примеру, за последние два года с помощью высокоточного спектрографа HARPS Европейской южной обсерватории и космического телескопа Kepler были обнаружены десятки таких небесных тел. Более того, ученые пришли к выводу, что только в нашей Галактике таких планет, как Земля, может быть несколько десятков миллионов.

Поиском и изучением экзопланет занимаются специалисты со всего мира. Неоценимый вклад в развитие планетарной астрономии внесла группа ученых во главе с профессорами-астрофизиками Мишелем Майором и Гариком Исраэляном – эти европейские «охотники» за небесными телами ответственны за открытие почти половины из всех известных экзопланет.

Исследователям удалось обнаружить интересные закономерности образования планет земного типа (в том числе, как предполагается, пригодных для жизни). Для этого потребовались около 15 лет кропотливых исследований, работа нескольких десятков астрономов и огромное количество наблюдений в течение тысяч ночей.

Какое космическое тело можно считать пригодным для жизни? Во-первых, на нем должна быть вода, обязательно в жидком состоянии. Но даже ее наличие еще не значит, что на планету можно «заселяться». Необходимо, чтобы экзопланета получала определенное количество энергии от своей звезды (это зависит от расстояния между планетой и ближайшим солнцем и его температуры), нужен определенный состав атмосферы с преобладанием кислорода и – обязательно – тектоническая и вулканическая активность.

Многие ученые сходятся во мнении, что во времена «молодости» Солнца, когда ему недоставало энергии для обогрева океанов древней Земли, вода на нашей планете каким-то чудом не замерзала. А все потому, что океаны укрывало «атмосферное одеяло» из газа, основным компонентом которого был сероксид углерода, щедро извергаемый вулканами и создававший парниковый эффект.

Но, пожалуй, главное открытие заключается в следующем: планетными системами по типу Солнечной могут обладать звезды, в химическом составе которых весьма низкое содержание лития. Именно выявление этой закономерности дало возможность вести поиск планет уже адресно, направляя объективы телескопов в сторону тех звезд, спектральный анализ которых показал дефицит лития. Соответственно, выросли шансы обнаружения рядом с ними планет земной группы.

С недавнего времени астрофизики могут исследовать химический состав атмосферы найденных экзопланет. Специалистами Института астрофизики Канарских островов ведется анализ восьми небесных тел, среди которых Осирис (каталожное имя HD 209458b, планета в созвездии Пегаса, на расстоянии 154 световых лет от Земли), WASP-17b (созвездие Скорпиона, 1000 световых лет) и HD 80606b (созвездие Большой Медведицы, 190 световых лет). В атмосферах этих планет астрономы наблюдали признаки наличия воды, оксида углерода, натрия, метана, водорода, оксида титана и углекислого газа.

Самые последние данные были получены с помощью 10,4-метрового телескопа GTC (Gran Telescopio Canarias) с канарского острова Ла-Пальма — обнаружены молекулы оксида углерода, метана и воды в атмосфере планеты WASP-14b (созвездие Волопаса, 520 световых лет от Земли).

Без сенсаций!

Поражает, какие возможности таят в себе уже существующие методы и технологии. Но чтобы обнаружить экзопланеты размером с Землю, нужны телескопы с диаметром зеркала не менее 30 метров. Столь «зорких наблюдателей» в мире пока нет. Но их появление – дело недалекого будущего.

США вместе с Японией, Китаем и Индией строят на Гавайях 30-метровый Thirty Meter Telescope. В Чили под эгидой Европейского космического агентства идет сооружение European Extremely Large Telescope с диаметром зеркала 42 метра. Для наблюдения за экзопланетами на нем испанские астрофизики разработали проект нового спектрографа CODEX. Правда, начнет работать эта система только через десять лет. Кроме того, в процессе создания еще два спектрографа: HARPS North для итальянского телескопа Галилея на Канарах и ESPRESSO для обсерватории VLT в Чили.

Большие надежды астрономы возлагают и на новейшую технологию, получившую название «Лазерный гребень» (Laser comb). Она позволит улучшить точность измерения радиальных скоростей звезд спектрографами в 10 раз — до 5 сантиметров в секунду. А это значит, что перспектива обнаружения землеподобных планет станет еще более реальной. Сейчас астрофизики Европейской южной обсерватории проводят первые опыты с «гребнем», и результаты очень обнадеживающие.

Тема экзопланет при любом поводе обрастает сенсационными заявлениями. Когда в 2010 году была открыта экзопланета Gliese 581 g (системf звезды Gliese 581 в созвездии Весов на расстоянии около 20 световых лет от Земли), вокруг нее «раздулась» целая история. Ученые Стивен Вогт и Пол Батлер назвали ее «потенциально обитаемой планетой» и «сверхземлей». Увы, эти заявления пока не подтвердились, да и многие коллеги исследователей пока не разделяют их оптимизма.

Необходимо помнить, что «зона обитаемости» и «обитаемая планета» — это разные вещи. Обитаемых небесных тел пока не обнаружено. Зато, по расчетам исследователей, в зоне обитаемости может находиться около 500 миллионов планет. Однако, вполне вероятно, что  в Млечном Пути жизнь есть только на нашей Земле.

Хотя астрономам уже известны несколько планет в «зоне обитаемости», но это отнюдь не значит, что там есть биосфера, а условия соответствуют или близки земным.  Будем надеяться, что открытие планеты, которую ученые единогласно назвали бы «второй Землей», еще впереди.

Комментарий эксперта

Лев ЗЕЛЁНЫЙ, директор Института космических исследований (ИКИ) РАН:

— Поиск и изучение экзопланет — одно из самых энергично развивающихся направлений современной астрономии. Эта работа очень интересная, так как она позволяет нам взглянуть по-другому на дом, где мы живем, — на нашу Солнечную систему. Как она образовалась, как возникла жизнь? Исследования экзопланет помогут нам ответить на эти вопросы, сравнивая нашу Землю с другими космическими телами. К сожалению, у России пока нет своего проекта по поиску экзопланет. Он требует очень высокой техники оптических наблюдений, которой на данный момент мы не обладаем. Недавно мы получили несколько заявок от астрономов из Пулковской обсерватории (в рамках программы президиума РАН «Фундаментальные процессы исследований и освоения Солнечной системы»), которые планируют наземными средствами изучать то, что называется транзитами экзопланет вокруг материнских звезд. Безусловно, это очень интересная тема и надо двигаться в этом направлении.

Анна Акулич
Опубликовано в журнале Discovery