Каковы шансы Кеплера найти вторую Землю?
Недавно НАСА опубликовало свежую статистику наблюдений космического телескопа Кеплер. Новые данные в первую очередь говорят о том, что планеты земного типа крайне редки.
В принципе, наша Солнечная система вполне обычна, и большие планеты в ней размещены дальше, чем малые. Большинство изученных звездных систем также имеют несколько планет, но, в отличие от нашей, объекты в основном группируются теснее, то есть находятся ближе друг к другу и к центральной звезде.Команда Кеплера опубликовала новый список планет-кандидатов на основе данных, собранных в течение первых шестнадцати месяцев миссии. Теперь в базе данных космического телескопа более 2,3 тыс. планет-кандидатов. Правда, несмотря на то, что телескоп Кеплер оснащен 42 высококачественными CCD-матрицами с разрешением 2200x1024 каждая и имеет апертуру (диаметр объектива) 0,95 м, все-таки его возможности по обнаружении небольших планет размером с Землю ограничены.
Кеплер обнаруживает экзопланеты во время их прохождения на фоне диска звезды. Незначительное, почти неуловимое на огромных межзвездных расстояниях, падение яркости звезды позволяет определить размер и параметры орбиты экзопланеты. Но, несмотря на этот колоссальное научное и техническое достижение, для поиска землеподобных планет нужны еще более совершенные инструменты
Однако даже неполные данные дают много информации об устройстве других звездных систем и местах потенциального обитания разумной жизни.
Пока все найденное Кеплером – это не реальные подтвержденные планеты, а лишь кандидаты на звание других миров. Но специалисты НАСА считают данные Кеплера достаточно надежными, поэтому ученые активно изучают богатый материал, классифицируя планеты по различным признакам. В будущем это поможет создать модели распределения планет и с довольно высокой точностью выяснить, сколько и каких планет находится в нашей и других галактиках.
Астрофизик Уэсли Трауб из Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL) уже использовал данные первых 4 месяцев наблюдений Кеплера и рассчитал, что около 34% звездных систем имеют землеподобные планеты, находящиеся в обитаемой зоне (на определенном расстоянии от звезды, допускающем существование жидкой воды на поверхности планеты). Новая более обширная база данных позволит уточнить данные расчеты и оценить вероятность того, что в нашей галактике есть более одной обитаемой планеты.Больше и горячее
Кеплеру легче обнаружить планеты-гиганты, которые находятся близко к своей звезде. Это простая геометрия: такие планеты чаще проходят транзитом на фоне звезды и их проще увидеть за короткий период наблюдений, чем более удаленные планеты, которые совершают оборот вокруг звезды за много дней. Именно поэтому более 90% наблюдаемых планет-кандидатов расположены очень близко к звезде и такие же горячие, как Меркурий. Например, планета 9941662 имеет среднюю температуру поверхности около 3000 градусов Цельсия.
К тому же, большинство найденных планет значительно больше, чем Земля. Это газовые гиганты размером с Юпитер, у них нет твердой поверхности, и жизнь на них вряд ли могла появиться.
Однако есть и две положительные тенденции. Команда Кеплера отмечает, что с каждым обновлением базы данных космического телескопа в ней все больше небольших планет и к тому же - на удаленных от центральной звезды орбитах. Это означает, что шансы обнаружить землеподобные планеты в обитаемой зоне растут.
Но пока, к сожалению, мы видим в основном либо близкие к звезде раскаленные гиганты, либо сильно удаленные гигантские газовые шары вроде Юпитера. Приборы Кеплера слишком слабы, чтобы рассмотреть самый интересный регион звездных систем, где могут скрываться землеподобные планеты. Ситуацию может исправить только более мощный космический телескоп, такой как James Webb (JWST) с зеркалом диаметром 6,5 м.
Таблица 1 показывает расчетную частоту планет на одну звезду. Размеры планет показаны в радиусах Земли (Re), а орбитальные периоды - в днях (d). В каждой строке максимальное значение отображается жирным шрифтом. Как видно из таблицы, планет с радиусом в 0,6–2 земных и длительным орбитальным периодом (а значит - и менее жарким климатом) Кеплер не нашел. Обнаружены небольшие планеты, но все они расположены слишком близко к своим центральным звездам и абсолютно непригодны для жизни.
Таким образом, наблюдения Кеплера показывают, что землеподобные планеты есть только у 0,7% звездных систем – это очень далеко от оптимистичных цифр Уэсли Трауба. Причина расхождения в том, что Трауб взял сумму планет вокруг всех ярких звезд в базе данных и предположил, что землеподобных планет в обитаемой зоне столько же, сколько небольших горячих планет вблизи звезд. Судя по всему, это слишком оптимистичный подход. В списке Кеплера растет количество только крупных планет, таких как суперземли и "нептуны", но больше всего гигантских "юпитеров".
В таблице 2 видно, как распределены планеты земной группы (0,4 -1,4 радиуса Земли), они отмечены на графике голубой линией. Средние планеты, суперземли (от 1,4 до 4,0 земных радиусов), отмечены зеленой линией, гиганты вроде Юпитера – оранжевой. Таблица наглядно демонстрирует прискорбный факт - в удаленной и потенциально пригодной для жизни зоне в других солнечных системах расположены в основном планеты-гиганты.
В целом, наблюдения Кеплера подтверждают, что наша Солнечная система является типичной в плане размещения больших планет, т.е., большие планеты расположены дальше от Солнца, чем малые. Тем не менее, наш звездный дом уникален орбитами планет – в других звездных системах планеты намного более «скученные», т.е. находятся ближе друг к другу и центральной звезде. Таким образом, хоть нам и тяжело совершать межпланетные перелеты из-за большого расстояния между планетами Солнечной системы, но зато мы избавлены от гравитационных «штормов» из-за близости планет-гигантов и не живем на раскаленных докрасна скалах.
Где скрывается вторая Земля
Кеплер по-прежнему не может найти точную копию Земли, и нам остается надеяться только на удачу. На 156000 обследованных звезд нам может крупно повезти найти три десятка идеальных копий Земли или вообще ни одной. С другой стороны, чем дольше длится миссия Кеплера, тем выше вероятность такой находки. Несколько разочаровывающие результаты поиска землеподобных потенциально обитаемых планет связаны еще и с тем, что Кеплер изучает звездные системы, расположенные далеко от Солнца – до 300 световых лет. Поэтому очень трудно изучать найденные экзопланеты с помощью спектроскопии и тем более визуализации (фотографирования). Конечно, мы могли бы искать двойников Земли и поближе – на расстоянии в десятки световых лет. Это кажется логичным шагом, но с учетом того, что землеподобных планет лишь несколько процентов, шанс найти по соседству хоть одну очень невелик.
Главные компоненты телескопа James Webb (зеркало и светозащитный экран) почти готовы. Скорее всего, в ближайшие десятилетия James Webb станет самым мощным инструментом для поиска экзопланет
Миссия Кеплера показала, что для обнаружения копии Земли нам придется использовать более совершенные, крупные и дорогие телескопы. Такие инструменты слишком дороги даже для США: тот же James Webb стоит около 7 млрд долл. Пока только одна страна решилась на такие траты, да и то за счет сокращения финансирования других космических проектов.
Согласно формуле Фрэнка Дональда Дрейка, 1/4 всех звезд имеют планеты, и в каждой такой планетной системе есть два мира, пригодных для жизни. Эта формула была выведена в 1960 году – еще до того, как была обнаружена первая планета за пределами нашей Солнечной системы.
Последние данные телескопа Кеплер показывают, что скорее всего число планет земного типа будет значительно ниже, чем считал Дрейк. Правда, сейчас картина намного усложнилась, например, ученые считают, что жизнь может существовать на ледяных шарах с морями из жидкого метана или на спутниках планет-гигантов, причем последний вариант наиболее интересен, так как крупных планет мы нашли очень много.
Сейчас астрономы обсуждают возможность обнаружения и изучения спутников далеких планет. В частности, американский астроном Саймон Портер разработал компьютерную модель 12 тыс. землеподобных планет, захваченных гравитацией газовых гигантов, находящихся в обитаемой зоне. Начав движение по сильно вытянутым эллиптическим орбитам, половина виртуальных двойников упала на поверхность газового гиганта, либо вырвалась из его гравитационного плена. Другая половина заняла устойчивые орбиты и в течение миллиардов лет могла поддерживать устойчивый климат, необходимый для развития жизни.
Обитаемую планету также вполне можно найти и вблизи тусклых красных карликов, хотя скорее всего это будет мрачный мир, заблокированный приливными силами, т.е. на одном полушарии такой планеты всегда царит ночь, а на другой - вечный день.
Пока статистика космического телескопа Кеплер довольна пессимистична. Да, он обследовал область, занимающую только четырехсотую часть небесной сферы, и при этом нашел тысячи планет-кандидатов, но среди них все еще нет ни одной копии Земли. С такой скоростью ее поиск может занять десятилетия и даже столетия. К сожалению, из-за недостатка финансирования зарубежными партнерами и сокращения собственного бюджета НАСА закрыло очень перспективный проект Terrestrial Planet Finder. Эта космическая миссия должна была искать землеподобные планеты неподалеку от Солнечной системы с помощью инфракрасного интерферометра TPF-I и коронографа TPF-C. Мощный космический аппарат, состоящий из нескольких телескопов, связанных между собой, мог бы обследовать ближайшие 100 звезд и дать точный ответ: есть ли там небольшие планеты, похожие на Землю. Также была закрыта программа по разработке интерферометра Space Interferometry Mission, который должен был составить карту галактики и провести поиск двойников Земли.
Таким образом, из масштабных планов по охоте за обитаемыми мирами остался лишь телескоп James Webb, запуск которого запланирован на 2018 год. Остается надеяться, что он отправится в космос в расчетный срок, и на древнюю мечту человечества о других мирах не повлияет очередная паника на биржах.
Михаил Левкевич
Поделиться