Независимый бостонский альманах

На Тау Ките условья не те (экзопланеты глазами ученого)

24-04-2018

 

stern boris

  • Борис Евгеньевич Штерн, (род. 15 сентября 1950) — российский астрофизик и журналист, главный редактор газеты «Троицкий вариант». Доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института ядерных исследований РАН и Астрокосмического центра ФИАН.
  • Большая часть экзопланет была обнаружена двумя способами: методом радиальной (лучевой) скорости и методом транзитов. Первый метод — он и исторически был первым, так как первые планеты были открыты с его помощью. В этом случае исследователи ищут слабые периодические колебания скорости звезды по лучу зрения: если вокруг звезды вращается планета, звезда тоже вращается вокруг общего с планетой центра тяжести. Поэтому скорость звезды, измеряемая по до-плеровскому смещению спектральных линий, модулируется вращением планеты.Когда в 1995 году открыли первую экзопланету у звезды типа Солнца, чувствительность метода была чуть лучше десяти метров в секунду. Со временем она была доведена до метра в секунду, даже чуть лучше. Юпитер наводит на Солнце движение со скоростью 10 м/с, что легко измеряется. Земля — всего 10 сантиметров в секунду, что выглядит безнадежным для ее обнаружения этим методом.
  • Тем временем метод лучевой скорости не стоял на месте.
  • Во-первых, было до предела усовершенствовано оборудование. Один из лучших инструментов, уже давно достигший точности 1 м/с, HARPS (High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher), много лет используется в Южной европейской обсерватории (ESO). Спектрометр работает с 2002 года, и всё, что он измеряет, ложится в архив.
  • Второй метод более чувствителен, но очень избирателен. Он работает, если повезет: плоскость орбиты планеты должна проходить через луч зрения между наблюдателем и звездой. Тогда планета для нашего наблюдателя будет пересекать диск звезды, немного затмевая ее. В этом случае она называется транзитной.
  • Соответствующая вероятность для Земли с точки зрения удаленного наблюдателя — 1/200. Если планета ближе к звезде, то вероятность больше: она равна отношению радиуса звезды к радиусу орбиты. Зато если повезло, и планета транзитная, то она видна с огромных расстояний (до двух тысяч световых лет), даже если она не больше Земли. Земля затмевает Солнце для далекого наблюдателя всего лишь на одну десятитысячную, но это прекрасно измеряется, если дождаться нескольких таких затмений. Более того, есть надежда обнаружить атмосферы у многих транзитных планет.
  • В 2016 году у ближайшей к нам звезды Проксима Центавра (4,2 световых года)  обнаружили планету с массой, близкой к массе Земли ( 1,3 массы Земли), которая получает примерно столько же тепла, как и Земля. Открытие сделано «дедовским» спектрометрическим методом, которым в 1995 году была обнаружена первая экзопланета у обычной звезды. Планету ловят по периодическому доплеровскому смещению линий звезды из-за ее вращения вокруг общего центра тяжести с планетой.Звезда Проксима Центавра слабенькая, красный карлик: в видимом свете уступает Солнцу по абсолютной светимости в видимом свете на четыре порядка, во всем спектре — на три порядка (0,17% солнечной светимости), расстояние до звезды — одна двадцатая земного. Получается, 70% земного обогрева — это среднее между Землей и Марсом. Но поскольку планета тяжелая (1,3 земных массы — это минимум, может быть и 2, и 3 в зависимости от ориентации орбиты), то можно надеяться на толстую атмосферу и парниковый эффект.

    StarsNearSun

  • В СМИ сразу появились радостные предположения о том, что планета может быть обитаема. Но всё гораздо сложней. Планета из-за приливного трения повернута к звезде одной стороной. Все планеты в зоне обитаемости красных карликов повернуты к звезде одной стороной — это называется приливным замыканием и достаточно легко считается.

    Приливное замыкание — очень плохо для обитаемости. Одна сторона всё время горячая, другая — холодная. На холодной стороне со временем окажется вся вода в виде льда и даже весь азот и углекислый газ, тоже в твердой фазе. Собственно, вымерзнет вся атмосфера, кроме водорода и благородных газов. Правда, оговаривается, что мощная атмосферная циркуляция может спасти дело. Лазейки, наверное, есть, но тяжелая проблема остается.

  •  

    proxima2

    Увы, красный карлик — совсем не ласковая для жизни звезда. Кроме того, маленькие звезды очень вредные. У них выделенная в недрах энергия выносится наружу глубокой конвекцией, которая генерирует хаотическое магнитное поле, а значит, и мощные звездные вспышки, сильный ультрафиолет, рентген и звездный ветер, который истощает атмосферу планеты. Это не фатально, но очень осложняет дело. Спасти планету может только сильное планетарное магнитное поле и толстая атмосфера, поглощающая ультрафиолет.

  • В целом, крайне маловероятно, что планета пригодна для жизни, но шанс есть. И этот шанс вдохновляет исследователей писать статьи с климатическими моделями, искать лазейки и предлагать методы исследования планеты. Увы, перспективы жизни на такой планете весьма призрачны.  Но открытие всё равно радует, суля много планет, хороших и разных, в ближайшей окрестности.

    Космический телескоп «Джеймс Вебб», который будет запущен в 2018 году (запуск очередной раз перенесли на 2019 г. - ред.), также вряд ли сможет наблюдать планету напрямую: его дифракционный предел на волне 1 микрон лишь немногим меньше углового расстояния между звездой и планетой. А на нескольких микронах, где планету наблюдать легче и интересней, новый телескоп принципиально не сможет отделить планету от звезды. Такая задача по зубам лишь космическому интерферометру, все проекты которых закрыты (об этом - ниже).

    Но всё же многое можно узнать, хорошо измеряя суммарный свет звезды и планеты. Постоянно наблюдая яркость системы, можно вытянуть периодический сигнал известной частоты, связанный с тем, что планета поворачивается к нам то холодной, то горячей стороной. Если планета лишена атмосферы, амплитуда соответствующего сигнала — 3×10-5 от яркости звезды. Если есть атмосфера — амплитуда меньше; конкретная величина зависит от характера атмосферы. А в принципе, можно вытащить и спектр планеты, из которого можно узнать очень многое — состав атмосферы, даже наличие кислорода.

    Ближайшей системой, которую исследователям повезло обнаружить  была TRAPPIST-1, красный карлик в 40 световых годах. Рядом с ней обнаружено сразу 7 планет земного типа, из которых три находятся в зоне обитаемости.

    Эта система находится почти в десять раз дальше Проксимы Центавра, но есть по крайней мере два обстоятельства, делающие находку второй вишенкой на торте за последние несколько месяцев. Это сразу три планеты в зоне обитаемости, это повышает вероятность, что хотя бы одна из них пригодна для жизни; эти планеты, в отличие от Проксимы b, транзитные, то есть проходят по диску звезды для земного наблюдателя, что резко облегчает наблюдение их атмосфер.

    Пару слов об истории сенсации. Система была открыта в 2015 году небольшим бельгийским телескопом TRAPPIST. Название — Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope South — подогнано под марку бельгийского пива. Телескоп расположен в Чили в обсерватории Ла-Силья, принадлежащей Европейской южной обсерватории.

    С его помощью обнаружили три транзитные планеты у холодного красного карлика 2MASS J23062928-0502285, который получил второе, более человеческое имя TRAPPIST-1, — это была первая планетная система, обнаруженная данным телескопом. Потом система наблюдалась европейским телескопом VLT (Very Large Telescope), наконец благодаря данным инфракрасного космического телескопа NASA «Спитцер» систему «распутали» и выяснили, что планет семь(22 февраля 2017 года).

    Звезда TRAPPIST. Масса — 0,08 солнечной, радиус -0,117 солнечного, светимость — 0,5·103 солнечной, температура 2550К

    Удалось грубо оценить и массы планет — из-за их взаимодействия транзиты немного смещаются во времени. Ошибки в определении массы велики, но уже можно заключить, что плотность планет соответствует скальной начинке.

    trampist

    К обитаемой зоне относят планеты e, f, g, хотя с первого взгляда планета d по интенсивности обогрева подходит больше, чем g. Тут требуется довольно сложная дискуссия с оценками возможного парникового эффекта, включающая массу неопределенностей.

    Схема орбит системы TRAPPIST-1. Серым отмечена зона обитаемости. Пунктирными кругами — она же в несколько отличающейся трактовке

trampist2

    • Как бы мы ни определяли зону обитаемости, а с реальной пригодностью для жизни каждой из этих планет есть серьезные проблемы. Те же проблемы, что и для Проксимы b. Они связаны с природой красных карликов.
      Это звезды с очень бурной магнитной активностью. У них толстый конвективный слой. В отличие от Солнца, где тепло переносится наружу в основном диффузией фотонов, там преобладает конвекция. На Солнце тоже есть конвекция, из-за чего и появляются пятна, вспышки, протуберанцы, а на Земле — магнитные бури и полярные сияния. Там все эти явления происходят куда интенсивнее.
    • У этих звезд в начале биографии сильно меняется светимость. Первые миллионы лет они светят в десятки, а то и в сотни раз ярче, чем в установившемся режиме.
    • Зона обитаемости красных карликов находится настолько близко к звезде, что планеты попадают в приливное замыкание: либо они всё время обращены к звезде одной стороной, либо сутки на них длиннее их года (для системы TRAPPIST-1 вероятней первый вариант).
  • Что делать, природа второй раз менее чем за год подсовывает нам именно такие не очень обнадеживающие планетные системы. Это неудивительно — их намного легче найти спектрометрическим методом (Землю у Солнца таким образом обнаружить невозможно), они с большей вероятностью оказываются транзитными, причем транзиты более контрастны, наконец, красных карликов больше, чем желтых и оранжевых.Конечно, землеподобные планеты у солнцеподобных звезд будут найдены в обозримое время. Собственно, в данных «Кеплера» уже найдено несколько таких планет, только они очень далеко. Достаточно наблюдать за несколькими сотнями ярких звезд по всему небу (что планируется в ближайшие годы), и такие планеты будут обнаружены в пределах сотни световых лет (а если повезет, то и ближе).На самом деле комфортные планеты у комфортных звезд находятся в пределах 15–20 световых лет (это следует из статистики, добытой «Кеплером»), но, чтобы их обнаружить, нужны космические интерферометры, которые появятся не скоро .Надежда на то, что хотя бы одна из планет пригодна для жизни, остается. На них изначально могло быть много воды — они не могли образоваться там, где они сейчас, и должны были мигрировать к звезде с периферии протопланетного диска — из-за снеговой линии, где много ледяных тел. Правда, они мигрировали еще в ту эпоху, когда звезда была много ярче. Но оценки, сделанные для Проксимы b, показывают, что гидросфера планет могла пережить пекло длительностью в десятки миллионов лет.Приливное замыкание не фатально, если у планеты есть толстая атмосфера и глобальный океан — тогда перенос тепла способен сгладить перепад температуры между дневным и ночным полушариями.Более серьезная проблема — сдувание атмосферы звездным ветром и жестким излучением. На пресс-конференции прозвучало высказывание, что сейчас звезда спокойна. Это справедливо, если иметь в виду тепловое излучение, но не рентгеновское: TRAPPIST-1 — измерено напрямую космической обсерваторией XMM — излучает примерно столько же рентгена, что и Солнце. Поскольку планеты находятся в десятки раз ближе к звезде, чем Земля к Солнцу, их рентгеновское облучение на три порядка превосходит то, что получает Земля.Прямой угрозы жизни рентген не несет — он поглощается атмосферой. Проблема в обезвоживании планеты: рентген и жесткий ультрафиолет разбивают молекулы воды — водород легко улетучивается, кислород связывается. Еще хуже то, что, раз есть интенсивный рентген, должен быть и интенсивный звездный ветер — он обдирает внешние слои атмосферы. Единственное спасение в данном случае — магнитное поле планеты. Есть ли у этих планет достаточно сильное поле — вопрос. Может быть, и есть.

    Итак, остается надежда, что какая-то из планет системы TRAPPIST-1 пригодна для жизни. Можно ли эту надежду подтвердить или опровергнуть? Можно, и гораздо легче, чем для случая Проксимы b, в котором надо наблюдать либо отраженное, либо собственное тепловое излучение планеты.

    Его очень трудно отделить от излучения звезды. Здесь же атмосферы планет можно наблюдать на просвет, что несравненно легче.

    В случае с Проксимой b новый космический телескоп James Webb сможет что-то показать лишь в предельном случае: одно полушарие раскалено, другое — выморожено. В случае с TRAPPIST-1 реально увидеть линии поглощения в атмосферах планет. Или поставить какие-то ограничения сверху. Одно такое ограничение уже поставлено: внутренние планеты не обладают толстыми водородными атмосферами.

    А есть ли теоретическая возможность, что James Webb обнаружит жизнь на одной из этих планет? Наиболее красноречивый маркер жизни — кислород. Он вполне детектируем и как озон, и как O2. Другое дело, что какое-то количество кислорода может образоваться, например, из-за диссоциации молекул воды жестким излучением звезды. Оценить, какое количество кислорода можно считать надежным маркером, не так просто. Надо знать темп диссоциации и темп связывания кислорода — здесь много неопределенностей. Но если кислорода столько же, сколько и на Земле, тут деваться уже некуда: такое может дать только жизнь. Если кислорода мало — это не значит, что жизни нет: на Земле первые пару миллиардов лет существования жизни его было мало.

    Искать транзиты планет трудно: надо долго наблюдать за большим количеством звезд. Проблему решил космический телескоп «Кеплер», который со своим широким полем зрения и 95-мегапиксельной камерой наблюдал сразу за 200 тыс. звезд. Кеплер был запущен в 2009 году. Экзопланеты пошли косяком, включая небольшие скальные планеты типа Земли. Общий улов «Кеплера» — почти 5 тыс. экзопланет, правда, половина из них считается «кандидатами в экзопланеты» — их еще предстоит подтвердить наблюдениями с наземных телескопов.

    В 2015 году было объявлено об открытии (космическим телескопом Кеплер) планеты земного типа Кеплер-452b у звезды, похожей на Солнце. Планета даже получила прозвище «Земля 2.0», хотя она примерно в пять раз тяжелее Земли. Впрочем, это не помеха для жизни. Главное — она находится в зоне обитаемости, то есть на таком расстоянии от своей звезды, что на ней может быть комфортная температура и жидкая вода. Лишь одно обстоятельство слегка удручает: расстояние до этой системы — 1400 световых лет. Это очень далеко, безнадежно далеко; чуть ниже я объясню, что значит это «безнадежно».

    Есть и другие «земли», немного ближе к нам. Вот еще три экзопланеты, составляющие список «лучших».

    Кеплер 62 f. Приблизительно 3 массы Земли. Звезда — класса К, меньше и холодней Солнца. Равновесная температура — –30 °С, для привычной нам температуры требуется хорошая атмосфера. Расстояние — 1200 световых лет.

    Кеплер 186 f. Планета размером с Землю у красного карлика (класс М). Размер орбиты — как у Меркурия, но тепла получает меньше, чем Земля, — примерно как Марс (равновесная температура — –85 °С). Расстояние — 450 световых лет.

    Кеплер 442 b. Раза в два массивней Земли. Звезда — класса К. Поток звездного излучения чуть меньше, чем на Земле (равновесная температура — –40 °С), расстояние — 1100 световых лет.

    По поводу температуры требуется уточнение: приведенные цифры — температура черного тела, находящегося в равновесии между поглощением света звезды и собственным излучением. Для Земли она равна (минус!) 24 °С — не разгуляешься. На самом деле средняя температура земной поверхности — +15 °С: работает парниковый эффект. И у тех планет он работает, если есть атмосфера, — всё зависит от ее толщины и насыщенности парниковыми газами. Можно и переборщить — слишком толстая углекислая атмосфера сделает эти планеты невыносимо жаркими. Так что температура поверхности этих планет неизвестна — не верьте новостям в СМИ, где указывается температура поверхности землеподобных планет.

    Итак, имеем считанные планеты, с натяжкой годящиеся для жизни, если повезло с атмосферой. И это лучшие из трех с лишним тысяч известных экзопланет в радиусе более тысячи световых лет! Четыре планеты, из которых лишь одна вращается вокруг звезды класса Солнца. Эти данные, казалось бы, обескураживают: лишь одна на почти тысячу из открытых планет пригодна для житья, и то условно. И еще одно грустное обстоятельство: узнать об этих планетах что-нибудь, кроме факта их существования, размеров и параметров орбиты, в обозримое время будет невозможно. Они слишком далеко. Ни один из строящихся или проектируемых наземных или космических телескопов не в состоянии снять спектр атмосферы планеты размера Земли на таком расстоянии. А без спектра оценить пригодность для жизни невозможно.

    Конечно, в статистике «Кеплера» остается сильный эффект наблюдательной селекции в пользу горячих юпитеров и против «земель». Но уже не такой сильный, как в первом методе. Число планет меньше двух радиусов Земли — около двух тысяч. Большая часть из них слишком горячие (больше вероятность транзитов) и крупнее Земли (сильней эффект транзитов). И все-же есть десятки планет в зоне обитаемости, не сильно отличающихся от Земли по размерам. Четыре лучшие перечислены выше.

    Очевидно, что «Кеплер» видит лишь малую часть землеподобных планет, и на самом деле где-то есть более близкие. Насколько мала эта наблюдаемая часть? Во-первых, вероятность правильной ориентации орбиты дает множитель 1/200. Во-вторых, «Кеплер» видит только одну тысячную часть неба, правда, самую обильную (он смотрит, точнее, смотрел вдоль ближайшего галактического рукава).

    Во второй половине 1990-х годов, когда открывались первые экзопланеты, казалось, что подавляющее большинство планетных систем уродливы и бесплодны: они содержат так называемые горячие юпитеры — гигантские планеты на тесных орбитах с периодом обращения в считанные дни. Но на самом деле доля планетных систем с горячими юпитерами всего лишь около процента (https://arxiv.org/pdf/1205.2273.pdf) — просто их легче всего обнаружить любым методом, особенно спектрометрическим, который был основным до запуска «Кеплера» в 2009 году.

    Аккуратную оценку сделали Erik Petigura, Andrew Howard и Geoffrey Marcy (https://arxiv.org/pdf/1311.6806v1.pdf); самый известный человек из этой тройки — Джеф Марси, один из первооткрывателей экзопланет.

    Они подошли к задаче, как и подобает настоящим мужам: переобработали значительную часть данных «Кеплера» и, главное, перед обработкой «подсадили» в эти данные искусственные планеты, смоделировав их транзиты. При обработке неизвестно, где настоящие, а где подсадные планеты; уже потом открываются «секретные протоколы» по подсадным транзитам, определяется, какая их часть пропущена, и отсюда выводится, какова эффективность нахождения настоящих планет того или иного размера с той или иной орбитой, на том или ином расстоянии. Мне этот метод особенно по душе, поскольку много лет назад именно так, с подсадными событиями, мы с коллегами определяли эффективность регистрации гамма-всплесков детекторами гамма-обсерватории «Комптон».

    По нашей очень грубой прикидке, ожидаемое расстояние до ближайшей "земли" получается 20 с небольшим световых лет. Точный ответ дать трудно, поскольку всегда встает вопрос о границах того, что считать землеподобной планетой. Авторы (названные выше Erik Petigura и др) дают несколько вариантов оценки, приведем следующую: 5,7 +/-2 процента звезд типа Солнца имеют планеты диаметром от одного до двух диаметров Земли на орбитах периодом от 200 до 400 дней (я бы сдвинул интервал орбит на 350– 500 дней, но результат будет близким). Это значит, что ближайшая подобная планета будет чуть ближе, чем дала наша грубая оценка, — где-то от 15 до 20 световых лет. Это замечательно, это очень близко — достаточно близко для прямого наблюдения в обозримом будущем. Более того, это достаточно близко, чтобы когда-нибудь достичь такой планеты, хотя слово «достичь» в данном контексте требует существенного уточнения.

    В далеком созвездии Тау Кита

    Несколько лет назад группа английских и американских исследователей начали атаку на ближайшую к нам одиночную звезду типа Солнца (около 12 световых лет от нас), воспетую Высоцким и ставшую культурным мемом, — Тау Кита. Она чуть поменьше Солнца (0,783по массе и 0,5 по светимости), чуть старше (5,8 млрд лет, но и жить будет дольше) и спокойней. Планет-гигантов у Тау Кита нет, по крайней мере на орбитах с не слишком большим периодом обращения.

    Команда использовала архивные данные HARPS с 2002 по 2013 год — всё это время проводились регулярные наблюдения Тау Кита. За эти годы снято 9000 спектров. Были архивированы не исходные спектры, а результаты их обработки, содержащие значения лучевой скорости, вычисленные по разным интервалам спектра, а также разнообразная дополнительная информация. Как уже сказано, точность метода — около метра в секунду, но это если действовать «в лоб». На самом деле точность ограничивает не спектрометр, а «шум» звезды — ее бурление, вращение, вспышки и тому подобное.

    Первые обнадеживающие результаты по Тау Кита были получены еще в 2013 году

    С тех пор методы обработки данных усовершенствованы, и в прошлом году (2017) были опубликованы новые результаты работы исследователей. Значения минимальных масс обнаруженных планет таковы: 1,7; 1,8; 3,9; 3,9 земной массы. Ошибки колеблются в пределах от 0,3 до 1,3 массы Земли.

    На Тау Ките условья не те

    tau ceti

    На рисунке изображены планетные системы Тау Кита и Солнца по отношению к зоне обитаемости звезд. Зона обитаемости, конечно, понятие условное — климат на планете сильно зависит от ее атмосферы. В цитируемой работе обсуждение «обитабельности» планет сведено к минимуму. Планета e получает примерно столько же тепла, сколько Венера (которая, возможно, годилась для обитания, пока не произошла парниковая катастрофа).

    В свою очередь, планета f — столько же, сколько Марс (который, вероятно, был пригоден для жизни, пока не потерял почти всю атмосферу). Между ними напрашивается еще одна меньшей массы — тогда это была бы Земля собственной персоной. Стоит ли заключать пари? Не знаю, но в любом случае ждать ответа придется долго.

    С наибольшей вероятностью для жизни подходит планета f. Столь тяжелая планета должна обладать достаточно толстой атмосферой с парниковым эффектом, который способен сделать ее более гостеприимной, чем ранний Марс, на котором текли реки, впадающие в моря.

    Но и у Тау Кита есть отягчающее обстоятельство, хотя и не столь фатальное, как у красных карликов. Измерения, сделанные субмиллиметровым интерферометром ALMA, показали, что вокруг звезды довольно много пыли — пылевой пояс распростерся от примерно 10–20 до 60–70 астрономических единиц. Пыли там на порядок больше, чем в Солнечной системе. Сама по себе пыль безвредна, но где она, там и астероиды, которых получается тоже существенно больше, чем у нас. Это чем-то похоже на наш пояс Койпера, только более плотный и подходящий ближе к звезде.

    В этом случае планеты будут сильней бомбардироваться, а тамошние динозавры — часто вымирать.

    Как их наблюдать?

    Можно сказать, что экзопланеты уже косвенно наблюдают, но, чтобы узнать о планете что-то интересное, нужно наблюдать ее напрямую. Очень большие планеты (на грани между планетами и бурыми карликами), которые далеки от своих звезд, уже видят непосредственно.

    Рациональные способы (наблюдения) так или иначе связаны с телескопами, но здесь есть очень серьезная проблема — засветка поля зрения звездой-хозяйкой. Проблема в том, что Земля для удаленного наблюдателя почти в миллиард раз тусклее Солнца. Она всё еще достаточно ярка на расстоянии нескольких парсеков, чтобы ее можно было увидеть в большой телескоп, не будь рядом звезды. Как побороть засветку?

    Во-первых, стоит наблюдать в инфракрасном диапазоне — там звезда тусклее, а планета ярче. Это дает выигрыш на порядки. Кроме того, можно разными способами попытаться убрать свет звезды. Простейший метод — коронограф: помещаем маску в фокальную плоскость телескопа на изображение Солнца и видим в окуляре солнечную корону вокруг черного круга — как при затмении. Есть и «звездные» коронографы. Более продвинутый метод, дающий лучшее угловое разрешение, — нуль-интерферометрия, где звезда гасится за счет деструктивной интерференции ее света, принятого разными зеркалами. Есть проекты наземной нуль-интерферометрии на существующих и строящихся больших телескопах. В этом случае остается проблема атмосферной турбулентности, размывающая изображение. В инфракрасном диапазоне проблема не столь сильна, тем не менее даже с адаптивной оптикой трудно избавиться от гало звезды, из которого очень трудно вытащить маленькую планету.

    Поэтому самый перспективный способ прямого наблюдения экзопланет — космический нуль-интерферометр: несколько космических телескопов в десятках метров друг от друга с очень точной фиксацией положения и ориентации. Таких проектов было два: европейский «Дарвин» и американский TPF (Terrestrial Planet Finder). Оба проекта закрыты.

    Каждый из планировавшихся интерферометров был способен напрямую наблюдать «землю» на расстоянии примерно до 50 световых лет, и не только наблюдать, а снять достаточно качественный спектр — измерить настоящую температуру, определить толщину и состав атмосферы и даже определить, есть ли на планете развитая жизнь, по наличию кислорода. Сейчас мы знаем, что в пределах досягаемости каждого из этих интерферометров должны быть десятки землеподобных планет у звезд классов G и К. Если бы проекты не были закрыты, мы в обозримое время (с точки зрения пенсионера младшего возраста — ко времени, до которого можно дожить, если меньше пить и больше двигаться) могли бы многое узнать о месте человека во Вселенной.

    Почему эти проекты закрыты? В самом общем плане — по той же причине, по которой уже более сорока лет на Луну не ступала нога человека и до сих пор не удосужилась ступить на Марс (хотя технология и экономика это позволяют уже давно). Исчезла общественная мотивация, обернувшись в сторону потребления. Есть и более конкретные причины — некая деградация научного сообщества, ведущая к политиканству и подковерной борьбе. Об этом очень эмоционально рассказал упомянутый выше Джеф Марси (www.space.com/11877-alien-planets-search-canceled-missions-marcy.html) . По его словам, в NASA шла жестокая драка за финансирование между командами TPF и SIM (астрометрический проект поиска «земель» у 100 ближайших звезд). При этом TPF раскололся на две версии: TPF-коронограф и TPF-интерферометр, что ослабило позиции всей затеи. Потом появилась идея протолкнуть более дешевый TPF-лайт. Часть людей выступила против по той причине, что тогда будет трудней получить финансирование полномасштабного проекта. В результате метаний и борьбы сгинул весь TPF. Вскоре по схожей причине погиб и SIM. Что случилось с «Дарвином», не знаю, но, видимо, и он пал жертвой внутривидовой борьбы за ресурсы. Сейчас интерес к экзопланетам и вообще к космосу возвращается, в частности, благодаря «Кеплеру». Да и вообще, часть общества, кажется, насытилась и задумалась о звездах. Поэтому есть шанс, что появятся новые проекты, способные напрямую наблюдать новые земли. Но кое-кто до этого уже не доживет.

    Это удивительно, но достать до экзопланет можно уже при нынешнем уровне технологии. Просто надо отказаться от одной вещи: от требования увидеть результат собственного труда при жизни. Иррациональный, как я мягко охарактеризовал его, проект звездного паруса сформирован именно этим требованием: отсюда и скорость в 0,2 скорости света, и цель — ближайшая звезда, безотносительно к тому, есть ли там к чему стремиться. Как только человек готов что-то делать для следующих поколений, задача упрощается на порядки. Скорость в два процента световой, если мы посылаем зонд без торможения, не проблема для реактора на чистом уране-235 с плазменным двигателем со скоростью истечения под 10 тыс. км/с (в природе есть «плазменные двигатели» с ультрарелятивистским истечением). Если зонд должен тормозить в конце пути, средняя скорость падает до процента световой. В любом случае сотни лет — до ближайших звезд, тысячи лет — до множества разнообразных систем, где, по статистике, обязаны быть планеты, очень похожие на Землю. При этом к неведомому миру прилетает аппарат с большой антенной и мегаваттами мощности, с большими телескопами, способными при близком пролете мимо экзопланеты снять динозавров или слонов, если они вдруг там окажутся, и передать всё на Землю в отличном качестве. Это вовсе не фантастика.

    Проблема не в технологии, проблема в человеческом менталитете — как обойтись без прижизненной награды. В одной статье про межзвездный зонд я привел в пример создателей собора Святого Петра, которые вложили в сооружение душу, понимая, что ни они, ни их дети не увидят собора, — дескать, могли же люди работать ради следующих поколений. Кто-то мне ответил в комментариях: «Вот пусть Ватикан и запускает зонд». Шутки шутками, но это неплохо отражает общественную психологию. Ключ к межзвездным перелетам — альтруизм человека, а не та или иная техника.

    А может ли на экзопланеты ступить нога человека?

    Здесь мы из области околонаучных спекуляций вступаем в зыбкую сферу научной фантастики. Тут я должен признаться, что написал фантастическую книгу как раз о колонизации экзопланеты — деяние для научного работника малореспектабельное, но всё равно полезное. Нельзя сказать, что я разобрался в задаче (чтобы разобраться, надо провести кучу исследований), но в каком-то смысле пропустил ее через себя и кое-что понял из того, о чем раньше не задумывался. Прежде всего — насколько ужасна пропасть, отделяющая нас от экзопланет, даже учитывая оптимистические оценки, приведенные выше. И насколько важно преодолеть эту пропасть. При этом принципиальных препятствий это сделать, похоже, нет. Кроме тех, что заложены в менталитете современного человека.

    Итак, ответ положителен: на экзопланету в принципе может ступить нога человека, если человек прибудет туда в виде замороженного эмбриона и будет каким-то образом там выращен. Для этого надо решить огромное количество проблем — от устойчивой сверхпроводимости при температуре не ниже 25-30 К (для магнитной защиты эмбрионов и электроники от космики) до тысячелетней надежности механизмов, от прорыва в искусственном интеллекте до освоения «экстракорпоральной репродукции» млекопитающих. Но в вышеупомянутой книге один из героев говорит: «Любая богоугодная задача имеет по крайней мере одно решение». Возможно, он прав.

    Гораздо тяжелей с мотивацией людей и мобилизацией ресурсов. В современном мире нет механизмов выделения средств на такой проект. В своей книге я от отчаяния придумал источник финансирования в виде триллионера-мецената, что-то вроде укрупненного аналога Билла Гейтса. Ничего другого, чтобы не скатиться в полную фальшь, я придумать не смог. И не надо надеяться на альтруизм большинства. Любое демократическое волеизъявление будет против затрат на колонизацию далекой планеты. Надежда, как обычно, только на меньшинство.

    А у большинства есть коронный вопрос: зачем всё это надо? «Чтобы сильно понизить шансы на исчезновение разумной жизни в ближайшей окрестности Вселенной», — говорит один из персонажей книги. С ним, похоже, согласен Стивен Хокинг, высказавшийся в том духе, что человечество без экспансии в космос обречено (имея в виду не космологический, а исторический масштаб времени). А в более широком плане — чтобы открыть новые перспективы для эволюции и экспансии жизни.

    По материалам:

    https://trv-science.ru/2016/06/28/blizhajshie-prigodnye-dlya-zhizni-exoplanety/

    -https://trv-science.ru/2016/09/06/est-li-zhizn-u-proxima-centauri/

    https://trv-science.ru/2017/02/28/nadezhda-na-exoplanetnuyu-zhizn/

    https://trv-science.ru/2018/04/10/v-dalekom-sozvezdii-tau-kita/

    http://exoplanet.eu/

    Подготовил В. Лебедев

Комментарии
  • ow@pisem.net - 27.04.2018 в 03:33:
    Всего комментариев: 420
    Самое время вкладывать скудеющие на глазах ресурсы Земли в распространение жизни во Вселенной! При вполне очевидном уже в обозримом будущем конце технологической Показать продолжение
    Рейтинг комментария: Thumb up 0 Thumb down 0
  • khyum - 04.05.2018 в 14:55:
    Всего комментариев: 84
    Занимательная астрофизика, погуще нежели, почившая в бозе астроботаника. Но, всё равно, интересно!
    Рейтинг комментария: Thumb up 0 Thumb down 0

Добавить изображение



Добавить статью
в гостевую книгу

Будем рады, если вы добавите запись в нашу гостевую книгу. Будьте добры, заполните эту форму. Необходимой является информация о вашем имени и комментарии, все остальное – по желанию… Спасибо!

Если у вас проблемы с кириллическими фонтами, вы можете воспользоваться автоматическим декодером AUTOMATIC CYRILLIC CONVERTER.

Для ввода специальных символов вы можете воспользоваться вот этой таблицей. (Латинские буквы с диакритическими знаками вводить нельзя!)

Ваше имя:

URL:

Штат:

E-mail:

Город:

Страна:

Комментарии:

Сколько бдет 5+25=?