Наверх
12 августа 2020

«Земля 2.0»: каковы шансы найти разумную жизнь на экзопланетах

©Shutterstock / Fotodom

Астрономы Уорикского университета (Великобритания) заявили об открытии планеты NGTS-11b с потенциально пригодными для жизни условиями – результаты исследования опубликованы 20 июля в Astrophysical Journal Letters. Изучение экзопланет в далеких звездных системах стало регулярным источником удивительных новостей. Но при всем многообразии найденных миров конечной целью остается планета с внеземной цивилизацией.

Существует ли такая в принципе? Еще в конце XX века это был сугубо теоретический вопрос, но благодаря развитию телескопов и отправке научных станций на ближайшие небесные тела его удалось перевести в практическую плоскость. Исследователи параллельно решают две задачи: с одной стороны – найти как можно больше планет, на которых можно жить, с другой – уточнять, что в принципе нужно организмам для выживания.

В целом надежд на то, что однажды к нам прилетит НЛО, из которого выйдут «зеленые человечки», все меньше. Но по мере сужения области поисков вероятность встретить ту или иную форму жизни неуклонно растет.

Жилплощадь в дефиците

В самом существовании «близнецов» Земли нет ничего фантастического: пестрота открытых экзопланет показывает, что разные сочетания астрофизических «настроек» могут породить практически любой мир. Проблема в том, что Земле выпал джекпот, который непросто повторить. Какие вводные для этого необходимы?

https://profile.ru/scitech/ad-sushhestvuet-kak-v-glubinax-kosmosa-nashli-samye-zhutkie-ekzoplanety-382402/

Во-первых, многое зависит от «материнской» звезды – обязательного источника энергии для метаболизма живых существ. Она должна находиться в спокойных «рукавах» Галактики – не на самом краю, но и не близко к центральному скоплению звезд и сверхмассивной черной дыре (к примеру, Солнце отделяют от ядра Млечного Пути 27 тысяч световых лет, а от периферии – 66 тысяч).

Многочисленные требования предъявляются к типу и размеру звезды: она должна быть не слишком большой, но и не маленькой, с высоким содержанием металлических элементов (все как у Солнца). И главное – обеспечивающая стабильное свечение, поскольку для развития жизни нужны миллиарды лет неизменных условий. А вот сюрпризы противопоказаны: например, внезапные вспышки, характерные для красных карликов – самого распространенного типа звезд, подле которых найдены многие экзопланеты.

Следующий параметр – удаленность планеты от светила. Для каждой звездной системы ученые рассчитывают свою зону обитаемости – диапазон расстояний, в пределах которого на планете может существовать жидкая вода. По этому критерию отпадает большинство экзопланет. Ведь нынешний уровень развития телескопов позволяет ученым регистрировать преимущественно близкие планеты, совершающие полный оборот вокруг звезды за несколько суток, а то и часов.

Как следствие, на них слишком жарко, а некоторых вовсе «захвачены» звездой в синхронное вращение, то есть всегда повернуты к ней одной стороной (как Луна к Земле). Из-за этого на них нет смены времен суток, и два полушария разительно отличаются друг от друга: например, на COROT-7b «дневная» сторона при температуре 2500°C находится в расплавленном состоянии, а «ночная» скована льдом.

Почему морские старты космических аппаратов снова в моде

То есть, вращение вокруг своей оси необходимо. Кроме этого, нужно стабилизировать годовой климат – для этого орбита планеты должна иметь форму круга. У Земли круг почти идеален – коэффициент отклонения (эксцентриситет) равен 0,02. Аналогично вращаются и другие планеты Солнечной системы. Однако экзопланеты удивили астрономов: у 90% из них орбита оказалась эллиптической (средний эксцентриситет – 0,25).

Размер тоже имеет значение. Меньше Земли? Значит, почти неизбежна геологическая «смерть»: ядро планеты сравнительно быстро остынет и не сможет формировать магнитное поле, необходимое для защиты поверхности от солнечного ветра – потока заряженных частиц с ближайшей звезды. Печальная судьба планеты без магнитосферы известна на примере Марса, с которого радиация «сдула» атмосферу.

Впрочем, за экзопланеты в этом плане можно не беспокоиться. Почти все они, наоборот, больше Земли (потому что мини-планеты мы просто не умеем «засекать»). Но и планеты-великаны не слишком пригодны для обитания. Как правило, у них плотная многокилометровая атмосфера, и в ней создается парниковый эффект, из-за которого давление и температура на поверхности зашкаливают.

Но и это не все. Обладая умеренными размерами, землеподобная планета также не должна иметь гиганта на соседней орбите, чтобы его мощная гравитация не вызвала ее смещения. При этом на периферии звездной системы наличие гигантов все-таки желательно, так как они притягивают к себе летящие из других систем астероиды, не позволяя им приблизиться к обитаемой планете: именно так Юпитер защищает Землю.

Кандидаты и дебаты

Только если все эти условия выполнены, имеет смысл искать на планете биомаркеры – вещества, обеспечивающие жизнепригодную среду (кислород, воду, озон и т.д.), а также анализировать структуру породы (которая в идеале должна состоять из силикатных минералов, как на Земле).

На сегодняшний день к этой стадии изучения приблизились несколько десятков экзопланет, у которых ученые видят неплохие шансы на обитаемость. Отдельные параметры этих планет действительно близки к земным. Правда, все данные о них получены с помощью расчетов и компьютерного моделирования – прямое наблюдение за этими небесными телами ввиду их удаленности невозможно.

Как SpaceX хоронит планы России по освоению космоса

Первой из таких находок считается Kepler-186f, зарегистрированная в 2014 году. По размеру она почти как Земля, однако ученых смущает втрое меньшая освещенность (планета вращается в системе красного карлика со слабым свечением). 

В дальнейшем были открыты планеты с еще более удачной комбинацией параметров. У некоторых индекс землепригодности (ESI) превысил 0,9 (максимальное значение – 1,0): подходящие радиус, наклон оси вращения, эксцентриситет орбиты и средняя температура от 0°C до 30°C (для сравнения, на Земле она составляет 14°C) вызвали воодушевление у ряда астрономов.

Однако другие исследователи настроены скептично, указывая, что одни планеты, относясь к системам красных карликов, испытывают на себе перепады их активности, другие имеют подозрительно малый период вращения (вероятно, «заблокированы» своей звездой), третьи могут быть подвержены парниковому эффекту.

Отдельно следует отметить планету Kapteyn b: в ее случае ESI сравнительно невысок (0,67), однако это одна из древнейших стабильных экзопланет – ей 11,5 млрд лет, всего на 2 млрд лет меньше, чем самой Вселенной. Это весомый аргумент в пользу наличия жизни, ведь последней требуется как можно больше времени на зарождение и развитие.

В последний год много новостей посвящено планете K2-18b. Поначалу ученых тревожило, что ее радиус превышает земной в 2,6 раза, а масса – в 8,6 раза. Однако благодаря спектральному анализу в сентябре 2019-го удалось установить, что в атмосфере K2-18b присутствует пар, что говорит о наличии жидкой воды на поверхности. При этом атмосфера не слишком плотна по меркам планеты-океана, а значит температура и давление на планете, вероятно, аналогичны земным.

Семь московских объектов, связанных с покорением космоса

И самая свежая новость: в июньском номере журнала Astronomy and Astrophysics опубликованы результаты анализа планеты KOI 456.04. Выяснилось, что она получает от своей звезды столько же света, сколько Земля от Солнца, а средняя температура равна 5°C. Издание MIT Technology Review поспешило назвать KOI 456.04 «лучшим из найденных кандидатов» на роль двойника Земли.

Между тем, экзопланеты могут оказаться не единственным источником внеземной жизни. В качестве такого следует рассматривать и землеподобные спутники планет-гигантов: за счет мощной гравитации почти каждая из них окружает себя подобной «свитой». В XX веке считалось, что жизни на спутниках быть не может: в силу скромных размеров они не в состоянии поддерживать геологическую активность и оберегать свою атмосферу от воздействия радиации. Но в начале XXI века научные миссии у Сатурна и Юпитера произвели сенсацию: оказалось, что несмотря на холодное ядро, такие спутники могут быть жизнепригодными благодаря гравитации ближайшей планеты, которая постоянно их деформирует и, как следствие, нагревает. Сегодня ученые не исключают наличия жизни в теплых недрах ледяных спутников Сатурна (Энцелад) и Юпитера (Европа). Однако в других звездных системах на данном этапе обнаружить спутники почти невозможно – слишком малы.

Есть кто-нибудь живой?

Вопрос о контакте с другой цивилизацией возник еще на заре космической эры. Но что могло сделать человечество в XX веке? Не так много: отправлять межзвездные послания (METI), надеясь, что рано или поздно на них ответят.

Энтузиасты пытались рассчитать шансы на встречу с инопланетянами по формуле Дрейка (не имеющей смысла, так как большинство ее переменных неизвестно). Скептики отвечали им парадоксом Ферми: мол, если разумных существ в космосе так много, почему они до сих пор не вышли на нас? Выдвигались гипотезы об уникальной роли Земли во Вселенной и даже о неповторимости Солнечной системы (только в 1990-х годах было доказано, что у других звезд тоже есть планеты).

Изучение экзопланет позволило покончить с теоретизированием. Теперь мы можем выявлять закономерности формирования планетных систем, сравнивать их между собой и с большим основанием предполагать, что жизнь во Вселенной – типичное явление. Дальнейшие свершения по большей части связаны с техническими возможностями: тут должен помочь орбитальный телескоп Джеймса Уэбба (будет запущен в 2021 году) и специальная экзопланетная обсерватория PLATO (будет готова к 2026-му). Считается, что благодаря этим аппаратам открытие «новых Земель» будет поставлено на поток. Важную роль играет и везение: придется ли перебирать миллиарды планет нашей Галактики в поисках «той самой», или удача улыбнется раньше?

Сколько человечество тратит на исследования космоса, и какова отдача от этих вложений

Впрочем, масштабирование поисков – лишь часть задачи. Возможно, еще важнее определиться: что мы ищем? До последнего времени под «жизнепригодностью» понималось максимальное соответствие Земле: мы подсознательно подыскиваем «запасной аэродром» для самих себя (на этом, в частности, настаивали астрофизик Стивен Хокинг и бизнесмен Илон Маск, по мнению которых человечество не выживет на Земле в долгосрочной перспективе). Вероятно, с этим же связаны установки на поиск «инопланетного разума», «цивилизации».

Между тем, в научном мире крепнет убеждение: жизнь необязательно должна быть высокоразвитой. Ее примитивные формы куда менее требовательны к среде обитания и имеют больше шансов закрепиться на планетах с суровыми условиями: даже на Земле в течение 3 млрд лет жизнь оставалась одноклеточной (сложные организмы стали развиваться лишь 600 млн лет назад).

Что вообще нужно для жизни? В последние десятилетия этим вопросом занимается специальная дисциплина – астробиология. И постоянно расширяет границы наших знаний. Выяснилось, что некоторые глубоководные создания могут существовать без солнечного света, определенные виды бактерий – сохраняться в условиях вечной мерзлоты, а тихоходки (Tardigrada) выживут даже после падения астероида и в условиях открытого космоса. Ученые регулярно пополняют список экстремофилов – существ, способных сопротивляться аномальной температуре, кислотности и давлению, – моделируя их пребывание на других планетах. Важно, что речь идет о микроорганизмах, а им не нужна вся планета: они могут обитать даже в некомфортных мирах, где имеются микроочаги благоприятной среды – например, в кратерах или глубоко под поверхностью.

Но даже в случае экстремофилов ученые исходят из предположения, что инопланетная форма жизни сходна с земной – «стройматериалом» ее молекул выступает углерод, нуждающийся в воде. Но универсально ли это правило? С конца XX века развивается альтернативная биохимия, приверженцы которой стремятся противопоставить «углеродному шовинизму» химически иные способы существования: например, замену комбинации углерод/вода на кремний/аммиак. Согласно наиболее радикальным предположениям, во всех космических мирах есть своя жизнь, химически адаптированная под местные условия.

Иногда подобные дискуссии возвращаются к исходным вопросам. Как вообще возникает жизнь на планете – «прилетает» из космоса (гипотеза панспермии) или возникает естественным образом в процессе геологического и климатического развития мира (гипотеза живых миров)? Если второе, то где провести грань между живой и неживой природой, как отделить среду от субъекта? Можно ли субъектом жизни считать планету как таковую? Да и есть ли универсальный критерий жизни, не вызывающий ни у кого из ученых нареканий?

До тех пор, пока Земля признается единственной обитаемой планетой, эти вопросы остаются без ответов. Мы же пока можем лишь наблюдать за далекими мирами, ведь путь к ним отрезан: расстояние до ближайших экзопланет составляет порядка 50 световых лет. А на преодоление одного светового года у современных ракет уйдет 37 тысяч земных…

Читать полностью (время чтения 7 минут )
Избранные статьи в telegram-канале ProfileJournal
Больше интересного на канале Дзен-Профиль
Скачайте мобильное приложение и читайте журнал "Профиль" бесплатно:
Самое читаемое

Зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность скачивания номеров

Войти через VK Войти через Google Войти через OK
12.08.2020
11.08.2020