Трудно представить себе обитаемую планету в системе красного карлика, такого как ближайшая к нам звезда – Проксима Центавра. Давайте рассмотрим несколько причин, почему это так.
Звёздные системы класса M не являются перспективными местами для жизни, как считалось ранее.
Астрономы определили планетные системы карликов класса М (также известных как красные карлики) как наиболее многообещающие кандидаты на обитаемость. Эти звезды имеют массу менее половины массы Солнца, менее пятнадцатой части светимости Солнца и способны поддерживать ядерный синтез в течение 40–2000 миллиардов лет. Астрономы подсчитали, что эти звездные особенности потенциально могут обеспечить условия, подходящие для жизни в связанных планетных системах. Карликов класса М много, они составляют 70% всех звёзд, поддерживающих ядерный синтез, в галактике Млечный Путь.
Но более глубокие исследования выявили ряд проблем. Первая и, возможно, самая серьёзная проблема заключается в том, что на планетах, вращающихся вокруг M-карликов, зоны обитаемости с жидкой водой и ультрафиолетовым излучением не пересекаются. Для жизни необходимо и то, и другое одновременно. Для жизни необходимо ультрафиолетовое излучение, но не слишком много и не слишком мало.
Вторая проблема — электрическая. Каменистые или землеподобные планеты с атмосферой, толщина которой составляет менее 1% от толщины земной атмосферы, и орбитальным расстоянием, составляющим менее 90% от расстояния от Земли до Солнца, будут иметь электрически заряженную атмосферу с напряжением более нескольких вольт (на Венере — 10В). Такое сильное электрическое поле в атмосфере в сочетании с ультрафиолетовым излучением звезды-хозяина приведёт к тому, что атмосфера и поверхность планеты полностью высохнут в течение нескольких десятков миллионов лет или даже быстрее. Чтобы планета, вращающаяся вокруг карлика класса M, обладала жизненно важной жидкой водой, её орбитальное расстояние должно составлять менее 25% от расстояния от Земли до Солнца. На такой близкой орбите планета быстро превратится в сухую пустыню.
Третья проблема — приливная блокировка. Поскольку M-карлики относительно тусклые, их планеты должны вращаться на расстоянии, не превышающем 25% от расстояния между Землёй и Солнцем, чтобы иметь хоть какую-то надежду на наличие жидкой воды. Однако приливное воздействие, которое звезда оказывает на планеты, вращающиеся на таком близком расстоянии, чрезвычайно велико. Планета, вращающаяся вокруг M-карлика на достаточно близком расстоянии, чтобы на её поверхности могла быть жидкая вода, будет приливно заблокирована, и одно из её полушарий всегда будет обращено к звезде (так же, как одно полушарие Луны всегда обращено к Земле). Таким образом, в одном полушарии будет невыносимо жарко, а в другом — невыносимо холодно. Разница температур между горячей и холодной сторонами планеты превысит 400°C. Хотя жидкая вода, возможно, будет существовать в сумеречной зоне планеты (переходной зоне на границе освещённой Солнцем области), атмосферные потоки перенесут воду в самые холодные части планеты, где она замёрзнет и навсегда станет непригодной для жизни.
Четвёртая проблема заключается в том, что все M-карлики испускают мощные ультрафиолетовые и рентгеновские вспышки. Даже для самых спокойных M-карликов, вращающихся в пределах зоны наличия жидкой воды, поток ультрафиолетового и рентгеновского излучения будет более чем достаточным, чтобы разрушить молекулы воды и углекислого газа, которые могут находиться в их атмосфере, океанах и озёрах.
Совсем недавно было установлено, что для того, чтобы планета удерживала воду на поверхности во время фазы ядерного синтеза своей звезды, она также должна обладать водой во время фазы доядерного синтеза звезды, также известной как фаза до главной последовательности (ГПП). В начале фазы ГПП карлик класса M более чем в 60 раз ярче, чем в начале фазы ядерного синтеза. Эта повышенная яркость приводит к увеличению количества тепла, которое испаряет воду в атмосфере и на поверхности любой из планет M-карлика. Кроме того, была надежда, что уровни звездной активности старых M-карликов могут быть достаточно низкими, чтобы на планетах, вращающихся вокруг этих звезд, могла существовать жизнь.
Группа астрономов во главе с Кевином Франсом показала, что период времени, в течение которого такая звезда находилась в состоянии высокой вспышечной активности, составлял примерно 25%. Очевидно, что даже у очень старых M-карликов вспышечная активность выше, чем требуется для существования жизни. Жизни нужна стабильность атмосферы, которую нарушают вспышки.
В целом, это довольно шокирующее изменение в оценке пригодности для жизни планет вокруг красных карликов. Но обойти состояние текущих исследований невозможно. Несомненно, это обескуражило многих, кто считал системы красных карликов идеальным вариантом или, по крайней мере, значительно увеличивающим математическую вероятность существования жизни.