Как ученые ищут достойную замену Земле: от античных философов до солнечного паруса

В списке важнейших целей, ради которых человечество стремится во Вселенную, едва ли не на первом месте находятся поиски внеземной жизни и пригодных для обитания планет. В вопросе обнаружения инопланетян (в любом виде, хоть примитивных бактерий, хоть в форме мыслящего океана) дело пока с мертвой точки не сдвинулось. На Марсе даже следов живых существ не найдено, да и сигналы от других цивилизаций из других галактик тоже не пойманы.

Что касается поиска планет, похожих на Землю, то тут определенный прогресс есть. Причем успехи появились всего лишь четверть века назад: до того времени у астрономов не было никакой достоверной информации о том, существуют ли вообще планеты за пределами нашей Солнечной системы. Теперь у землян появилось экспериментальное подтверждение того факта, что экзопланет (то есть таких, что находятся вне системы Солнца) — множество. И шансы на то, что однажды во Вселенной найдется альтернатива нашей Земле, все возрастают.

ПРЕДЫСТОРИЯ: ОТ АНТИЧНЫХ ФИЛОСОФОВ ДО "ХАББЛА"

Деоккупация юга страны – как украинские военные отвоевывают территории

Запрет на передвижение по стране для военнообязанных – все детали

Ракетные удары по мирным украинским городам - июль 2022

Ядерный терроризм россии

Идея множественности миров появилась в умах философов еще в античную эпоху. Справедливости ради стоит заметить, что суждения, аналогичные тем, что встречаются у древнегреческих атомистов, высказывали современные им мыслители Индии. Впрочем, дальше умозрительных рассуждений никто из них не пошел. Причины очевидны – малый уровень знаний об окружающем мире и отсутствие инструментов и методик, позволяющих проверить гипотезы.

Следующий важный шаг был сделан только в XVI веке. Назывался он переходом от геоцентрической к гелиоцентрической картине мира. В честь Николая Коперника, совершившего этот переворот в умах, впоследствии назвали принцип (его еще называют "принцип заурядности") — гласящий, что Земля совсем не уникальна, и во Вселенной должно иметь место некое количество систем с аналогичными условиями. Немного отвлекаясь от нашего рассказа, заметим: на смену принципу Коперника в XX в. пришел космологический принцип – наша Вселенная однородна по всем пространственным направлениям.

В прошлом веке была предпринята первая основательная попытка экспериментально доказать существование планет за пределами Солнечной системы. Американский астроном Питер Ван де Камп 40 лет посвятил исследованию так называемой Летящей звезды Барнарда. Это одна из самых близких к нам звезд (расстояние до земли – 6 световых лет).

Основываясь на изучении десятков тысяч фотоснимков, полученных с помощью мощного телескопа, Ван де Камп предположил, что вокруг звезды Барнарда вращается гигантская планета соразмерная с Юпитером. Впрочем, уже при жизни астронома появились сомнения в наличии такой планеты. Коллеги считали, что Ван де Кампа ввели в заблуждение помехи аппаратуры. Отсутствие планеты в окрестностях звезды Барнарда оконачательно было доказано в только конце 90-х годов благодаря наблюдениям, проведенным с помощью орбитальной астрономической обсерватории "Хаббл". Тогда же стало понятно – сущестовавшие в то то время наземные телескопы по большей части бесполезны при поисках экзопланет. Для этой цели нужно выводить астрономические инструменты на орбиту вокруг Земли.

Впрочем, в последние годы были созданы новые огромные телескопы, которые уже полным ходом используют для поисков новых экзопланет.

Первым же небесным телом этого типа открытым вне пределов Солнечной системы, оказался Тадмор, вращающийся вокруг звезды гамма в созвездии Цефея на удалении 45 световых лет от Земли. Открытие состоялось еще в далеком 1988 году, но скептики сомневались очень долго. Окончательно существование Тадмора было подтверждено только в 2002 г.

Однако начиная с 90-х годов убедительные сообщения об открытии экзопланет стали приходить все чаще и чаще. Сегодня нам известно о тысячах небесных тел этого типа с самыми разнообразными размерами и природными условиями.

КАК ИЩУТ ЭКЗОПЛАНЕТЫ

Разглядеть небольшие космические тела, вращающиеся вокруг звезд, в оптические телескопы невозможно. И для поиска экзопланет применяют иные, весьма изощренные методы. Большая часть открытий сделана с помощью спектрометрического измерения радиальной скорости звезд и наблюдений за прохождением (транзитом) планеты на фоне звезды. Звучит мудрено, но попытаемся разобраться.

РАСКАЧАТЬ ЗВЕЗДУ. Первый метод основан на том, что планета, вращаясь вокруг светила, немного его раскачивает. Измеряя определенные параметры излучения звезды (допплеровское смещение спектра), можно уловить это раскачивание. То есть — говорить о том, что вокруг звезды вращается нечто. А нередко даже определить массу и орбиту объекта. Увы, так влиять могут только планеты-гиганты наподобие Юпитера. С другой стороны — упрямству и находчивости человека нет пределов: сегодня по изучению спектров уже открывают не только экзопланеты-гиганты, но и суперземли (так называют планеты, размеры которых превышают Землю "всего лишь" в несколько раз).

ЗАТМЕНИЕ. Метод транзита используется в случае, если плоскость орбиты экзопланеты окажется на линии взгляда земного наблюдателя. В таком случае можно засечь далекую планету в момент, когда она оказывается на фоне диска звезды (иными словами, устраивает этакое микрозатмение), заслоняет часть светового потока от светила и таким образом приводит к уменьшению ее яркости. Благодаря таким наблюдениям удается не только обнаружить экзопланету, но иногда оценить ее радиус и плотность. А по этим данным уже можно судить о природных условиях на ее поверхности. Интересно, что большую часть экзопланет, открытых этим методом, нашли с помощью одного устройства — космического телескопа "Кеплер".

НАДЕЖДА: ШАНСЫ НА УСПЕХ ВОЗРАСТАЮТ

В наше время сведений об экзопланетах набралось уже достаточно, чтобы классифицировать их. Конечно, большую часть известных нам небесных тел у далеких звезд составляют планеты-гиганты наподобие Юпитера. Их и классифицируют, опираясь на такую аналогию. Есть среди экзопланет холодные, горячие, эксцентрические и супер-Юпитеры, горячие и холодные Нептуны, водные и ледяные гиганты... Если говорить об экзопланетах не столь больших, то среди них есть мини-, мега- и суперземли, планеты-океаны (правда, состоят последние в основном изо льда).

Конечно, сведения о всех этих объектах очень важны для специалистов. Но не будем забывать, что подлинной движущей силой в поисках экзопланет является желание найти мир, похожий на нашу Землю. И не только размерами, но и природными условиями на поверхности. А там, глядишь, и внеземная жизнь обнаружится...

На современном уровне наших знаний принято считать, что для возникновения жизни важны не только размеры планеты, но и ее удаление от звезды, вокруг которой она вращается. Это расстояние должно быть таким, чтобы температура на поверхности колебалась в интервале 0—100 °С. Потому что если у планеты есть еще и атмосфера, то очень велик шанс на присутствие там воды в жидкой фазе, а соответственно — и на существование живых организмов. Интервал расстояний от звезды, в которых могут соблюдаться эти условия, называют зоной обитаемости. И попадающие в зону обитаемости экзопланеты интересуют исследователей больше других. Что радует: планета, схожая с Землей, есть возле Проксимы Центавра — одной из ближайших к Солнечной системе звезд. Да, уже понятно, что атмосферы, воды и жизни там нет. Но зато она относительно близка к нам.

Увы, даже находящиеся в этом благоприятном интервале планеты земного типа пока не оправдывают надежды. Так, в феврале этого года NASA созвала пресс-конференцию, на которой авторитетно заявила: найдена чуть ли не копия Солнечной системы возле звезды. Оказалось, что вокруг звезды TRAPPIST-1 вращается целых семь планет земного типа! Причем три из них — в зоне обитаемости. Обнародованию открытия предшествовало нагнетание интриги ("все очень эпохально, но подробности — только на пресс-конференции"). А позже была выпущена даже серия плакатов, посвященных открытию. Увы, вскоре добавилась неутешительная информация: оказалось, что звезда TRAPPIST-1 выбрасывает в окружающее пространство мощные потоки плазмы, не оставляющие шансов на выживание на поверхности планет.
Как бы то ни было, надежда на открытие "второй Земли" пока не угасает. Сообщения на открытие претендентов на эту роль приходят с завидной регулярностью. Поиск второй Земли продолжается.

ИДЕЯ: ПОД СОЛНЕЧНЫМ ПАРУСОМ – К ЗВЕЗДАМ

Хотя экзопланет открыто уже немало, их поиск ведется на пределе возможностей имеющихся сегодня техники и методик. Из-за чудовищных расстояний по большей части удается достоверно выяснить сам факт существования небесного тела, и что-то узнать о самых общих параметрах – размерах, массе, орбите, периоде вращения вокруг звезды. Вот бы подобраться к объектам исследования хоть немного ближе…
До последнего времени подобные планы серьезно не воспринимались. Существующие технологии не позволяют развить необходимые для такого путешествия скорости. Полет к ближайшим к Солнечной системе звездам (альфа и Проксима Центавра) продлится десятки тысяч лет, и потеряет всякий смысл.

Однако в 2016 году миллиардер Юрий Мильнер и физик Стивен Хокинг (к ним также примкнул также Марк Цукерберг) презентовали проект Breakthrough Starshot. Идея предприятия такая: к Проксиме Центавра запускается множество миниатюрных (размером со смартфон) устройств StarChip. Они приводятся в движение солнечными парусами, на которые направляются лазерные лучи с земли. StarChip будет состоять из миниатюрного радиоизотопного генератора энергии мощностью 1 Вт, нанодвигателей для коррекции направления, тонкопленочых конденсаторов для хранения энергии и миниатюрной камеры. Диаметр паруса, который будет улавливать излучение Солнца и луч лазера – около 1 м. Если поставить производство таких аппаратов на поток, их стоимость не будет превышать стоимость современного смартфона. Инициаторы проекта считают, что устройства можно разогнать до четверти скорости света, и за 20 лет достичь окрестностей звезды. Еще почти пять лет придется ожидать сигнал от достигших цели аппаратов.

Пока что все составляющие проекта существуют лишь на бумаге, и только подготовка к его реализации займет десятки лет (старт намечен где-то на середину нашего столетия). $100 млн планируется инвестировать только в изучение возможности осуществления подобного проекта. Всего же, для того, чтобы запустить стаю микропарусников к Проксиме, придется затратить $5-10 млрд. Хотя идея и подвергается сильной критике, никто не отрицает тот факт, что технологии появившиеся в ходе реализации проекта могут найти много других применений. Например — при изучении Солнечной системы.