Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли - Элизабет Таскер

Учитывая, что наши газовые гиганты находятся в холодных дальних областях Солнечной системы, о процессе формирования спутника с пригодной для жизни поверхностью мы можем рассуждать только умозрительно. Чтобы подтвердить эти теории, мы должны найти экзоспутник.

К настоящему моменту нам не удалось обнаружить ни одного спутника на орбите вокруг планеты за пределами нашей Солнечной системы. Однако, если Рене Геллер не ошибся в своем прогнозе, мы, возможно, стоим на пороге лавины открытий. Как лучше всего искать экзоспутники?

Найти маленькую планету рядом с куда более массивной и яркой звездой — уже колоссальная проблема. Неудивительно, что поиски спутника сопряжены с огромными трудностями. Существует ряд подходов, с помощью которых астрономы пытаются распознать следы существования сопровождающих планету тел. С одним из них мы уже знакомы.

В главе 6 мы упоминали планеты, проходящие по диску звезды Кеплер-138, — измерения их удивительно малых масс были проведены как раз в процессе поиска экзоспутников. Ученые хотели установить едва заметные изменения времени между появлениями при прохождении, вызванные притяжением движущегося по орбите вокруг планеты спутника. Правда, в том конкретном случае небольшие колебания орбиты планеты Кеплер-138 d, как оказалось, были вызваны притяжением ее соседки — Кеплер-138 c. Хотя среди обнаруженных объектов не было экзоспутников, полученный результат подтвердил эффективность метода, выявляющего их влияние.

Еще одна возможность распознать спутник — зафиксировать дополнительное ослабление света звезды при прохождении планеты по ее диску. Если спутник и планета находятся на достаточно большом расстоянии друг от друга, спутник сам по себе может вызвать дополнительное падение яркости, заслоняя свет звезды. Согласно другой гипотезе, спутник и планета могут совместно вызывать единичное падение яркости, но при этом общее количество загороженного ими света уменьшается при перемещении спутника с одного края планеты на другой — спереди или сзади.

Проект, цель которого — поиск этих крошечных колебаний яркости и пересечений при прохождении, называется HEK (Hunt for Exomoons with Kepler — «Поиск экзолун с помощью телескопа «Кеплер»). Возглавляет этот проект Дэвид Киппинг, изучавший планеты в системе Кеплер-138. В рамках HEK исследуются планеты, обнаруженные телескопом «Кеплер» с помощью транзитного метода, с целью выявления признаков скрытых спутников. Учитывая уровень чувствительности этого телескопа, не стоит надеяться на обнаружение спутника с массой как у Марса, а вот спутник приблизительно вдвое массивнее Марса найти вполне можно. Такому большому спутнику трудно сформироваться в околопланетном диске; скорее всего, это будет захваченный спутник вроде Тритона. Пока участникам HEK не удалось найти ни одного экзоспутника, но в ходе тщательного изучения данных «Кеплера» обнаружился ряд скрытых планет, что само по себе может служить неплохим утешением.

Как это ни странно, еще одним возможным способом выявления экзоспутников может стать прямое наблюдение. Мы знаем, насколько трудно различить тусклый силуэт планеты на фоне пышущей адским пламенем звезды. Кажется, что поиски спутника в этом случае заведомо обречены на провал. Однако это далеко не всегда так. Благодаря дополнительному нагреву со стороны планеты спутники могут оставаться горячими и светиться в течение длительного времени, даже когда они находятся вдали от звезды. Чувствительные телескопы последнего поколения вполне могут зафиксировать эти аномальные тепловые детали в инфракрасном спектре.

Комбинации спутников и каменистых миров, которые мы начинаем обнаруживать, открывают широкие возможности для поиска жизни. Но как мы узнаем, что где-то там живут наши внеземные соседи?

«Как вы думаете, сколько времени нам понадобиться, чтобы найти жизнь на другой планете?»

С этим вопросом ко мне обратился Мишель Майор, исследователь, открывший экзопланету 51 Пегаса b и положивший начало науке, которой посвящена эта часть книги. Незадолго до того, в 2015 г., он получил престижную премию Киото за достижения в области фундаментальных наук. На торжествах по случаю вручения награды обсуждались различные аспекты изучения экзопланет, а во время перерыва на кофе Майор любезно выслушал мой скомканный рассказ о том, чем я занимаюсь. Заданный им вопрос показывает, что тема поиска внеземной жизни по-прежнему ставит в тупик даже первопроходцев изучения внесолнечных планет.

Когда мы начали находить небольшие планеты, движущиеся вокруг своих звезд по орбитам, которые потенциально могут обеспечивать умеренную температуру на их поверхности, мы стали все чаще сравнивать их с Землей, пытаясь обнаружить сходство. Может ли какая-то из этих планет не просто быть пригодной для жизни, но и на самом деле быть населена живыми существами? Первый шаг на пути к ответу — задуматься, какие формы жизни мы можем обнаружить с наибольшей вероятностью. Учитывая значительное разнообразие условий, в которых могут выживать микроорганизмы, предполагается, что микробы вне Земли должны встречаться намного чаще, чем разумная жизнь. Но как найти то, что не способно самостоятельно заявить о своем существовании?

Допустим, мы нашли твердотельную планету размером с Землю, которая обращается вокруг звезды в зоне умеренных температур. Планета находится так далеко, что никакой космический аппарат не доберется до нее в течение нашей жизни, но при этом у нас есть возможность изучать ее атмосферу при прохождении по диску звезды. Как определить, что на этой планете развилась жизнь?

Идеальное решение — наблюдать за планетой, о наличии жизни на которой нам достоверно известно, и выявить ее признаки. По счастливой случайности такая возможность представилась аппарату «Галилео» на его пути к Юпитеру. Согласно первоначальному плану NASA, зонд должны были запустить из грузового отсека космического челнока «Атлантис». С помощью мощного разгонного блока «Галилео» мог быть выведен на прямую траекторию к внешней части Солнечной системы. Однако из-за трагической гибели «Челленджера» в 1986 г. были введены новые строгие правила безопасности, запрещавшие доставку полностью заправленного топливом блока внутри космического челнока к месту пуска. В итоге запущенный с «Атлантиса» в 1989 г. «Галилео» получил значительно меньшее ускорение, чем ожидалось.

Чтобы аппарат все-таки смог добраться до Юпитера, его направили по траектории, проходившей вблизи Венеры и Земли. Пролетая на небольшом расстоянии, аппарат получил дополнительное ускорение от гравитации планет, выступивших в роли ракеты-носителя. Такие разгоны называют гравитационными маневрами и часто используют для сокращения количества топлива, требуемого для того, чтобы добраться до какой-либо области в межпланетном пространстве.

Для «Галилео» сближение с Землей не прошло зря. Повернув камеры в нашу сторону, космический аппарат в течение некоторого времени наблюдал за Землей из космоса. Если бы мы не смогли сделать вывод о наличии на Земле бьющей ключом жизни с расстояния всего лишь 1000 км, надеяться на раскрытие тайн далеких миров, находящихся в десятках световых лет от нас, вряд ли бы стоило. Но что именно мы искали и увидели?