Дилемма поиска: какие миры предпочитает внеземная жизнь?

В поисках внеземной жизни ученые начинают искать миры, которые вращаются вокруг звезд, подобно нашей Землей — вокруг Солнца. В конце концов, постоянное тепло, которое светящийся желтый шар в небе дарит нам, и сделало жизнь на Земле возможной.

Но по мере того, как астрономы продолжают открывать тысячи планет, они понимают, что если (или когда) мы найдем признаки внеземной жизни, весьма вероятно, что эти чужаки будут кружить на орбите вокруг звезды, крайне отличной от нашего Солнца. Она будет краснее, холоднее, меньше и легче нашей звезды. Таким образом, в поисках внеземной жизни многие астрономы обращают свои взоры на такие маленькие звезды, известные как красные карлики или M-карлики.

Для начала стоит отметить, что астрономы никогда особо не заботились о М-карликах. После обнаружения первой планеты за пределами Солнечной системы в 1995 году, ученые начали охоту за истинными двойниками Земли: скалистыми планетами, похожими на нашу, которые вращаются вокруг звезд, похожих на наше Солнце. Поиск именно таких систем руководил астрономами на протяжении большей части 2000-х, говорит астроном Фил Муархэд из Бостонского университета.

Потом астрономы поняли, что, может быть, технически легче искать планеты вокруг М-карликов. Обнаружить другую планету весьма трудно, и астрономы полагаются на два основных метода. Во-первых, они ищут снижения яркости звезды, которое происходит, когда перед ней проходит планета. Во-вторых, астрономы измеряют небольшое колебание звезды, вызванное легким гравитационным влиянием другой планеты. Оба этих метода отлично работают с планетой, которая вращается вокруг М-карлика. К тому же она вращается чаще, что увеличивает шансы на ее обнаружение.

М-карлики получили серьезный толчок благодаря космическому телескопу Кеплер, запущенному в 2008 году. Вглядываясь в небольшой клочок неба, телескоп ищет внезапные затемнения звезд, которые происходят, когда перед ними проходят планеты. Таким образом телескоп обнаружил больше тысячи планет. «Кеплер изменил все», — говорит Муархэд.

Поскольку системы М-карликов проще обнаружить, множество планет на их орбитах были обнаружены благодаря эффекту отбора. Но, как справедливо указывает Муархэд, Кеплер также спроектирован для поиска планет размером с Землю, вращающихся вокруг солнцеподобных звезд. Только вот цифры до сих пор намекают на то, что нам нужно искать жизнь на планетах возле М-карликов.

«Вы скорее найдете потенциально обитаемую планету возле М-карлика, нежели возле звезды типа Солнца», — говорит астроном Кортни Дрессинг из Гарварда.

Она проанализировала, как много планет размером с Землю — то есть с радиусом от одного до половины земного — вращается вокруг М-карликов в потенциально обитаемой зоне (зоне Златовласки, области вокруг звезды, в которой на поверхности планеты может существовать жидкая вода). По ее последним расчетам, одна из четырех звезд типа М обладает такой планетой.

Это выше, чем предполагаемая оценка землеподобных планет, вращающихся вокруг аналогов Солнца, говорит ученый. Анализ астронома Эрика Петигьюра из Калифорнийского университета в Беркли показал, что менее 10% солнцеподобных звезд обладают планетами с радиусом от одного до двух земных.

У М-карликов есть еще одно важное свойство. Они являются наиболее распространенными звездами в галактике, на них приходится порядка 75% из сотен миллиардов звезд Млечного Пути. Если оценка Дрессинг верна, в нашей галактике может быть порядка 100 миллиардов землеподобных планет, вращающихся в потенциально обитаемой зоне звезд М-типа.

Учтите, у таких оценок есть много ограничений. Они зависят от того, что подразумевать под потенциально обитаемой зоной, а это пока не очень хорошо определено. Как правило, обитаемая зона — это где не слишком жарко, не слишком холодно и может быть жидкая вода. Но также есть множество оговорок относительно того, как хорошо атмосфера планеты может удерживать воду (Венера, если что, тоже находится в потенциально обитаемой зоне).

С более общими оценками, расширяющими потенциально обитаемую зону, цифры Петигьюра для землеподобных планет у солнцеподобных звезд могут достигать 22% или больше. Но цифры Дрессинг тоже могут вырасти.

Изначально астрономы скептически относились к М-карликам, потому что не думали, что планета у такой звезды может быть хоть сколько-нибудь обитаемой. С одной стороны, М-карлики более активны, особенно в течение первого миллиарда лет своей жизни. Они могут бомбардировать планету убийственной ультрафиолетовой радиацией. Они могут испускать мощные звездные вспышки, лишающие планету атмосферы.

И поскольку орбита планеты будет пролегать близко к М-карлику, гравитация звезды может изменить вращение планеты вокруг своей оси. Если такая планета будет приливно заблокирована, на одной стороне планеты будет вечный день, а на другой — вечная ночь. Светлая часть планеты будет поджариваться, тогда как темная замерзнет напрочь — не самая гостеприимная обстановка для жизни.

Внеземная жизнь

Ни один из этих вопросов до конца не решен, а некоторые астрономы вообще не считают их серьезными проблемами. К примеру, Эомава Шилдс из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Например, обитаемость может зависеть от конкретных типов и периодичности вспышек, которые до сих пор не изучены хорошо. Компьютерные модели также показали, что атмосфера может перераспределять тепло, предотвращая темную сторону планеты от замерзания.

В некоторых отношениях планета вокруг М-карлика может быть даже более гостеприимной, чем казалось. Обитаемая планета должна содержать много воды и льда, и Шилдс проанализировала, как звездный свет М-карлика взаимодействует с атмосферой и ледяной поверхностью такой планеты. М-карлик производит больше инфракрасной радиации, нежели солнцеподобная звезда, и поскольку атмосфера и лед планеты на орбите хорошо поглощают инфракрасный свет, планета замерзнет не так быстро, как солнцеподобная звезда. И если даже замерзнет, то быстро оттает.

Такого рода стабильный климат может предоставить расцветающей жизни больше времени для развития без помех вроде быстрого охлаждения или нагрева. Тем не менее Шилдс добавляет, что замороженная планета необязательно должна быть неудобной для жизни. Земля, в конце концов, тоже могла пройти через период «Земли-снежка» более 600 миллионов лет назад.

Хотя некоторые астрономы продолжают наблюдать за М-карликами, другие по-прежнему хотят изучать солнцеподобные звезды. В настоящее время исследователи все больше обращаются к изучению систем М-типа. Миссия Кеплера подходит к концу, но астрономы ждут начала работы Transitin Exoplanet Survey Satellite, которая начнется в 2017 году. TESS будет искать планеты вокруг ярких звезд, в том числе и множества М-карликов.

Космический телескоп Джеймса Уэбба, продолжатель дела Хаббла, который будет запущен в 2018 году, сможет даже проанализировать атмосферы таких планет. Однако, как говорит Муархэд, этот телескоп сможет ориентироваться только на М-карлики; чтобы целиться в солнцеподобные звезды, нужны будут новые миссии.

В конце концов, когда ресурсы станут совсем ограничены, астрономам придется выбирать между фокусом на М-карлики и солнцеподобные звезды. Решение будет зависеть от того, что они найдут в ближайшие несколько лет. Астрономы уверены, что найдут потенциально обитаемую планету, несмотря ни на что.

Что касается жизни, то этот вопрос более сложный. «Я не знаю, когда это произойдет, но хотелось бы раньше, нежели позже — и я уверена, что это случится, — говорит Шилдс. — Вопрос только в том, будет ли финансирование и когда».