Где нам искать внеземную жизнь?

Кадр из фильма "Интерстеллар" Правообладатель иллюстрации Warner Bros

Астрономы отыскали небольшую планету в системе Проксимы Центавра - звезды, наиболее близкой к нашему Солнцу. Но почему они решили, что планета эта пригодна для жизни?

Герои фантастического фильма "Интерстеллар" покидают умирающую Землю в поисках другой пригодной для жизни планеты, куда могло бы переселиться человечество.

Однако, прибыв на первые две планеты из составленного земными учеными списка "потенциально пригодных для обитания", астронавты обнаруживают, что те совершенно враждебны для любых форм жизни.

Первая планета оказывается полностью покрытой океаном, по которому перекатываются волны километровой высоты, а вторая - ледяной пустыней с атмосферой, насыщенной ядовитыми парами аммиака.

И хотя фильм Кристофера Нолана, конечно, является художественным вымыслом, он довольно точно отражает работу астрономов, изучающих экзопланеты - миры, расположенные за пределами нашей Солнечной системы.

Поиск планет, пригодных для развития и поддержания жизни, может ответить на извечный вопрос: одиноки ли мы во Вселенной? Но что астрономы на самом деле имеют в виду, когда объявляют, что та или иная планета похожа на Землю и потенциально пригодна для обитания?

"Когда мы говорим о потенциально пригодной для обитания экзопланете, этот термин относится лишь к тем поддающимся измерению характеристикам планеты, которые необходимы для создания пригодных для жизни условий", - поясняет профессор Университета Пуэрто-Рико Абель Мендес.

То есть мы не знаем, может ли там существовать жизнь на самом деле, - мы лишь утверждаем, что такую возможность нельзя исключить.

Media playback is unsupported on your device
Планета Проксима b - ближайший сосед, похожий на нас

Главных критериев, помогающих ученым определить степень пригодности планеты для обитания, два: во-первых, насколько она соотносится с Землей по размеру (и, соответственно, может ли ее поверхность быть твердой), а во-вторых, расположена ли она в так называемой обитаемой зоне, или "зоне Златовласки".

Эта зона характеризуется такой удаленностью от материнской звезды, чтобы ее излучения было как раз достаточно для поддержания воды на поверхности планеты в жидком состоянии. Если планета расположена к звезде слишком близко, вода испарится; если слишком далеко - замерзнет.

Это два основных руководящих принципа, однако на деле потенциальная пригодность планеты для жизни определяется целым рядом и других факторов. Впрочем, некоторые из них мы пока в принципе не можем оценить и, соответственно, принять во внимание вследствие ограниченных возможностей существующих технологий.

Правообладатель иллюстрации OLIVIER MORIN/Getty
Image caption Ученые полагают, что критически важную роль для поддержания жизни на Земле играет окружающее нашу планету защитное магнитное поле

"По мере изучения обстоятельств, делающих Землю пригодной для жизни, огромное значение приобретают такие факторы, как, например, ее магнитное поле", - говорит профессор Дон Польякко, изучающий экзопланеты в Уорикском университете.

"Мы не можем измерить магнитное поле экзопланеты, поэтому попросту не учитываем этот фактор", - поясняет он.

Однако возможность существования жизни на планете зависит и от других факторов, в том числе тех, что поддаются измерению. Например, большинство "потенциально пригодных для обитания" экзопланет обращаются вокруг красных карликов - этот термин используется для описания звезд, уступающих нашему Солнцу по размеру, яркости и температуре.

Красные карлики - самый распространенный тип звезд, их в нашей галактике примерно 75%. Однако здесь же кроется и логическая западня: большинство обнаруженных экзопланет обращаются вокруг красных карликов именно потому, что на их орбите проще всего обнаружить планету небольшой массы.

В поисках экзопланет астрономы используют два основных способа. Метод Доплера основан на измерении колебаний радиальной скорости, которая изменяется вследствие гравитационного воздействия планеты на материнскую звезду; транзитный метод - на изменении яркости излучения звезды при прохождении планеты по ее видимому диску.

Метод Доплера определяет гравитационное воздействие маленькой планеты на сравнительно небольшую звезду значительно лучше, чем на звезду, во много раз превосходящую ее по размеру и массе.

То же самое мы наблюдаем и при использовании транзитного метода: твердая экзопланета, пересекающая диск красного карлика, блокирует сравнительно больше излучения, чем при прохождении по диску более яркой звезды солнечного типа, так как в последнем случае тень планеты с большой вероятностью "утонет" в окружающем ее сиянии.

Однако поскольку красные карлики излучают меньше энергии, чем Солнце, то и сами планеты должны располагаться ближе к ним, чтобы излучение звезды могло поддерживать воду на планете в жидком состоянии.

Это тоже влияет на обнаружение новых экзопланет: ведь планеты, расположенные на более близких орбитах, имеют меньший период обращения, а значит, чаще пересекают диск своей звезды, что значительно упрощает регулярные наблюдения.

Однако у этого фактора есть и существенный недостаток. Чем ближе к звезде расположена планета, тем более выражены так называемые приливные силы, влияющие на скорость ее вращения вокруг своей оси.

Это приводит к тому, что многие подобные экзопланеты могут "застрять" в спин-орбитальном резонансе 1:1, когда период вращения планеты вокруг своей оси совпадает с периодом ее обращения по орбите - такие планеты всегда повернуты к своей материнской звезде одной стороной.

Правообладатель иллюстрации НАСА
Image caption Чем холоднее звезда, тем ближе к ней расположена обитаемая зона

В таком резонансе с Землей, например, находится Луна - именно поэтому мы всегда видим только одну сторону земного спутника. Однако, в отличие от Луны, освещаемой Солнцем, на стороне экзопланеты, повернутой к ее звезде, будет вечный день, а на противоположной - вечная ночь.

"Тепло может попасть на темную сторону, либо прогрев планету насквозь, либо через атмосферу (в случае если таковая там есть). Принято считать, что - раз уж на одной стороне жарко, а на другой холодно - где-то посередине должна находиться, так сказать, умеренная область", - объясняет Дон Польякко.

"Отойди на полтора метра вправо - и ты сгоришь; на полтора метра влево - и ты замерзнешь", - шутит он.

Мнения ученых по поводу того, насколько приливные силы влияют на пригодность планеты для обитания, разнятся. Однако менее массивные светила обычно оказываются в этом смысле более агрессивными и непредсказуемыми, чем звезды большего размера.

Профессор Польякко и его коллеги из Уорикского университета, Университета Квинс в Белфасте и Орхусского университета в Дании провели исследование нескольких потенциально пригодных для жизни систем, обнаруженных телескопом "Кеплер".

Правообладатель иллюстрации Casey Reed/NASA
Image caption Примерно так выглядит супервспышка на красном карлике

Они обнаружили, что на одной из материнских звезд, Kepler-438, происходят так называемые супервспышки - взрывы, в результате которых в космос извергаются мощные потоки заряженных частиц. Ученые полагают, что подобные извержения могут попросту "сдуть" атмосферу с расположенных поблизости планет и уничтожить любую жизнь, которая могла бы зародиться на их поверхности.

Однако Дон Польякко приводит и контраргумент: "На Земле жизнь можно обнаружить даже внутри каменных пород и глубоко под поверхностью океана... Если ты расположен настолько близко к регулярному выбросу пламени, ты будешь о нем знать и учитывать его возможность. Это значит, что эволюция просто должна идти по другому пути".

"Нам известна только одна система, в которой существует жизнь, и мы используем ее как эталон, - поясняет профессор. - Но использование такого подхода в прошлом уже приводило нас к обнаружению каких-то совершенно неожиданных для нас вещей. И если мы будем отталкиваться только от нашего представления о жизни в том виде, в каком она существует на Земле, то [в другой системе] оно скорее всего окажется ошибочным"

С профессором Польякко согласен и доктор Джон Дженкинс, сотрудничающий с НАСА и ведущий исследования в рамках проекта Kepler. По его словам, ученые еще не вынесли окончательного суждения о том, где более вероятно возникновение жизни - в обитаемой зоне небольших красных карликов или более массивных и ярких звезд наподобие нашего Солнца.

"В поисках жизни нам нужно буквально переворачивать каждый камень, чтобы посмотреть, что из-под него выползет", - сказал он в интервью Би-би-си.

Правообладатель иллюстрации Gaetan Borgonie, Nature Comms
Image caption Формы жизни, способные существовать в условиях глубоко под поверхностью Земли, могут пролить свет на биологию существ из других миров

По словам профессора Абеля Мендеса, возглавляющего в Университете Пуэрто-Рико лабораторию по изучению пригодных для обитания планет, на примере только что открытой экзопланеты в системе красного карлика Проксимы Центавра можно будет проверить сразу несколько различных теорий.

"Если мы обнаружим, что системы этих звезд непригодны для жизни, это будет означать, что для жизни непригодны 75% нашей Галактики... Что ж, это полезно знать", - говорит он.

Однако не все потенциально пригодные для жизни планеты обращаются вокруг тусклых светил небольшой массы.

В 2015 году НАСА объявила об обнаружении телескопом "Кеплер" планеты, несколько превышающей Землю по размеру, вращающейся вокруг звезды того же класса, что и Солнце, а кроме того, период ее прохождения по орбите также очень близок к земному и составляет 385 дней.

Неудивительно, что многие считают Kepler-452b наиболее похожей на Землю из всех известных на сегодняшний день экзопланет, однако обнаружить ее было очень непросто.

Для начала ученым пришлось сделать поправку на "шум", обычно исходящий от звезд солнечного типа, который оказался вдвое сильнее, чем ожидалось. Кроме того, им пришлось учесть и сбалансировать искажения, вносимые в полученные изображения при взаимодействии аппаратуры телескопа с теплом, окружающим его на борту космического корабля.

Правообладатель иллюстрации ESO / M. Kornmesser
Image caption На примере Проксимы Центавра b можно будет проверить сразу несколько различных теорий о возможности жизни в планетарных системах красных карликов

Несмотря на то что в настоящий момент обнаружение экзопланет в обитаемой зоне солнцеподобных звезд затруднено, в будущем ученые наверняка смогут исследовать значительно больше таких систем.

Это станет возможным благодаря наблюдениям наземных и космических обсерваторий, которые должны начать работу в ближайшие десятилетия - в том числе телескопу Европейского космического агентства PLATO, космическому телескопу НАСА "Джеймс Уэбб" и расположенному в Чили Европейскому чрезвычайно большому телескопу (E-ELT).

"От этого просто захватывает дух, ведь еще 30 лет назад, когда я учился в колледже, сама мысль об обнаружении планет за пределами Солнечной системы казалась научной фантастикой, - говорит доктор Дженкинс. - Я с нетерпением ожидаю того, что принесут нам следующие 30 лет".

Следующее поколение астрономических инструментов будет исследовать атмосферу экзопланет в поисках газообразных следов биологической активности. По словам Абеля Мендеса, это огромный шаг вперед.

Правообладатель иллюстрации NASA
Image caption Космический телескоп "Джеймс Уэбб" может перевернуть наше представление об экзопланетах

Возможно, это позволит нам не только определить, что та или иная планета пригодна для жизни, но и выяснить, не обжита ли уже она, говорит ученый.

По словам профессора Мендеса, при обнаружении в атмосфере планеты, расположенной в обитаемой зоне звезды, кислорода и метана в определенном соотношении будет весьма велик соблазн предположить наличие там живых организмов, однако Мендес признает, что этого еще недостаточно, чтобы с уверенностью заявить о совершенном открытии.

В чем соглашаются все астрономы, так это в том, что несомненным признаком наличия жизни будет обнаружение газов, которые возможно создать только искусственным путем - другими словами, загрязнения атмосферы.

"Это должно быть индикатором возможного наличия технологически развитого общества", - говорит профессор Польякко.

Мысль о том, что первые обнаруженные нами признаки внеземной жизни могут исходить от цивилизации, разоряющей собственную планету, может показаться не самой приятной. Однако, по словам Дона Польякко, тут есть и свое преимущество.

"По крайней мере, мы наконец-то сможем поговорить с кем-то, с кем у нас очевидно есть что-то общее", - шутит он.

Новости по теме