Сегодня мы отправимся за пределы нашей Солнечной системы – к далеким мирам других светил, которые совсем недавно были совершенно недосягаемы для изучения. Ученые наблюдали за самими звездами, исследовали их размер, светимость, температуру, определяли расстояние до них, но еще в прошлом веке астрономы не имели никаких сведений о том, как устроены иные звездные системы. Предполагали, что все они похожи на нашу: первые, ближайшие орбиты вокруг звезды занимают каменистые землеподобные планеты сравнительно небольшого размера, а на более далеком расстоянии находятся газовые гиганты.
В XXI веке был сделан существенный шаг вперед по изучению космоса: новые космические телескопы стали «заглядывать» в другие звездные системы, а ученые, анализируя данные, стали открывать планеты, вращающиеся вокруг далеких светил.
Оказалось, что Солнечная система совсем не похожа на большинство тех, что астрономам удалось изучить на сегодняшний день. По мере нашего путешествия мы будем подробнее останавливаться на этих различиях, пока же отмечу главные:
· Большинство других звездных систем куда более компактны, чем наша. Их диаметр в 5-10 раз меньше, и вокруг светила вращаются 2-3 планеты, а то и – всего одна.
· Многие планетарные системы состоят либо из небольших каменистых планет, либо из газовых гигантов. Наша система почти уникальна тем, что в ней присутствуют и маленькие планеты с твердой поверхностью, и газовые шары, и ледяные газовые гиганты.
Как, однако, ученые открывают планеты на таких далеких расстояниях?
Планету можно обнаружить, изучая спектр света звезды. Когда вокруг звезды вращаются планеты, она не остается полностью неподвижной: гравитационное притяжение планет заставляют её немного колебаться по кругу:
При этом свет звезды будет слегка смещаться сначала в голубую, а затем в красную части спектра. Используя чрезвычайно чувствительные современные спектрографы, астрономы обнаруживают эти колебания света. Если они регулярно повторяются – значит, данные смещения вызваны планетой, вращающейся вокруг звезды.
Этот метод называется методом радиальной скорости или методом Доплера.
Простейшей аналогией может послужить шум приближающейся или удаляющейся машины: если вообразить, что видеть автомобиль мы не можем, то по усилению или ослаблению звука мотора можно судить как о существовании машины, так и о том, на каком расстоянии от нас она находится.
Альфа Центавра: три звезды
Конечно, когда ученые стали открывать планеты в иных звездных системах, первым вопросом, который у них появился, был:
Какие из этих планет похожи на Землю? Где может быть комфортная для жизни температура, вода и, может быть – жизнь?
Взоры астрономов и астробиологов первым делом обратились, конечно же, к ближайшей к нам звездной системе – Альфа Центавра, которая находится от нас на расстоянии немногим более четырех световых лет. Что же она собой представляет?
Альфа Центавра – это система из трех звезд, которые вращаются вокруг одного центра масс. Две из них находятся сравнительно близко и для невооруженного глаза сливаются в одну звезду. Полный оборот вокруг своего центра масс они совершают почти за 80 земных лет, то отдаляясь друг от друга на расстояние 35 а.е.,
то сближаясь до
Самый крупный и массивный объект носит название Альфа Центавра А. Эта звезда практически равна Солнцу по размеру и массе: её радиус только в 1,22 больше солнечного, а масса – на 8%:
Долгое время считалось, что у звезды нет экзопланет, но в 2021 году при наблюдении в инфракрасном спектре были обнаружены признаки возможного присутствия экзопланеты крупнее и массивнее нашей Земли, которая, по предварительным расчетам, удалена от звезды на 1,1 а.е., т.е. вращается практически на том же расстоянии, что и Земля вокруг Солнца, совершая оборот за один земной год. Пока эти данные требуют дополнительной проверки новым телескопом «Джеймс Уэбб» и наземными обсерваториями.
Если планета существует, то с её поверхности должна быть видна необычная для нас картина - два солнца в небе:
Соседка звезды - оранжевый карлик Альфа Центавра В - меньше нашего светила: её масса составляет 0,9 от солнечной, а радиус – 86%. Звезда чуть прохладнее Солнца, температура её поверхности – чуть меньше 5000°С, а яркость – вдвое меньше солнечной. Отличается неспокойным характером: на ней регулярно наблюдаются яркие вспышки и выбросы плазмы, а также она излучает гораздо больше энергии в рентгеновском диапазоне.
В системе этой звезды экзопланет пока не обнаружено. В 2012 году ученые говорили об обнаружении одной планеты, но потом выяснилось, что при расчетах была допущена математическая ошибка и существование планеты было опровергнуто.
Самым интересным в системе Альфа Центавра оказался третий компонент – маленькое светило массой около 12 % от солнечной и радиусом всего 15% от нашего Солнца, т.е. почти в 7 раз меньше. Звезда существенно холоднее нашей – её температура составляет 2725°С, а светимость – всего 0,17% от солнечной, т.е. слабее более чем в 100 раз. По звездной классификации Проксима Центавра относится к красным карликам.
Именно эта звезда в настоящее время является ближайшей к Солнцу – расстояние до нее равно 4,25 св. года, причем дистанция постепенно сокращается сокращается: через 26 700 лет она составит 3,11 световых лет. Потому звезду и назвали «Проксима», что в переводе с латыни означает – «ближайшая».
Проксима Центавра удалена от двух своих соседей на значительное расстояние: 13 тыс. а.е., а на совершение полного оборота вокруг их общего центра масс ей требуется целых 547 тысяч лет:
Как раз у этого тусклого карлика ученые обнаружили две экзопланеты (сообщения о третьей - Проксима d - еще требуют проверок). Самая близкая к звезде - получила название Проксима центавра b, или просто Проксима b.
Она открыта в 2016 году, и её существование подтверждено спектрографическими исследованиями с помощью самого большого в мире телескопа VLT.
Расчеты показали, что небесное тело массивнее земли на 10-20%, а его размер – примерно на треть больше.
Поскольку Проксима Центавра куда холоднее и тусклее нашего Солнца, то и её зона обитаемости – расстояние, в пределах которого на планете будет не слишком жарко и не слишком холодно, а также возможно существование воды в жидком виде – находится гораздо ближе, нежели зона обитаемости нашего Солнца. Обнаруженная планета как раз находится в искомой зоне обитаемости – всего в 7,5 млн км от звезды, то есть в 20 раз ближе, чем Земля к Солнцу.
Астрономы отмечают, что Проксима b вряд ли могла возникнуть из протопланетного диска так близко к звезде — для этого масса планеты слишком велика. Если Проксима b, будучи почти сформированной, мигрировала из областей за «снеговой линией» протопланетного диска, — то есть оттуда, где могут существовать водные льдинки, — то, скорее всего, в ней есть много летучих веществ, способных подпитывать атмосферу. Если же она образовалась из мигрировавшей «гальки», то следует ожидать, что экзопланета будет довольно сухой.
Какова же температура на этой планете? Ученые полагают, что даже при такой близости к светилу Проксима b получает тепла и света в 15 раз меньше, чем Земля от Солнца, так что на ней довольно холодно: средняя температура оценивается в минус 39°С (против земной +15°С). Эти результаты получены с помощью математического моделирования. Однако на планете может существовать атмосфера – и, если она такая же высокая и плотная, как у Земли, то благодаря парниковому эффекту температура на поверхности Проксимы b может быть и выше нуля. А, значит, там вполне может существовать вода в жидком виде.
Есть ли жизнь на Проксима b?
Этот вопрос – один из самых интересных на сегодня и вызывает множество споров. Ученые располагают разными аргументами – как «за», так и «против». Рассмотрим основные из них.
Звезда Проксима Центавра, как и многие красные карлики, испускает очень большое количество ионизированной плазмы. Кроме того, на ней часто наблюдаются очень ярки вспышки: например, в 2017 году яркость звезды увеличилась в 1000 раз (!) за какие-то 10 секунд. И не только в видимом, но и рентгеновском диапазоне. Это в 10 раз ярче самых мощных солнечных вспышек.
Столь агрессивное и опасное для живых организмов излучение ставит под сомнение гипотезу о существовании жизни на этой планете под красным солнцем. Во-первых, столь сильные выбросы плазмы просто «сдуют» атмосферу планеты в космос, даже если она есть, а во-вторых, рентгеновские лучи сами по себе – смерть для всего живого.
В ответ на этот веский аргумент «против» существует и аргумент «за»: Проксима b массивнее и больше Земли, и вполне может иметь магнитное поле не менее, а то и более мощное, чем у нашей планеты. Если это так, то планета может быть надежно защищена от смертоносной радиации близкой звезды.
Ученые полагают маловероятным существование магнитного поля, но… нельзя же исключат возможные ошибки в оценке данных. Когда-то считали, что на Венере – тропический рай, а оказалась преисподняя – кто сказал, что не может быть ошибки в обратную сторону, тем более для такого далекого объекта?
Астробиологи высказывают свой аргумент «за»: они приводят в пример некоторые земные формы жизни, которые имеют очень хорошую защиту от солнечной радиации. Речь о коралловых полипах: некоторые их виды имеют специальные защитные белки, поглощающие вредное ультрафиолетовое излучение и преобразующие его в био-флуоресцентное излучение с другой длиной волны. Иными словами, полипы, поглощая ультрафиолет, начинают светиться:
Биологи считают, что таким образом они защищаются от рентгеновского излучения и им не страшны даже большие дозы радиации. Поэтому, хоть предварительные расчеты и показывают, что Проксима b должна получать как минимум в 250 раз больше рентгеновского излучения, чем Земля, на ней могут существовать подобные организмы, приспособившиеся жить в таких условиях – и, может быть, не только примитивные.
Теперь – еще один аргумент «против»: год на Проксиме b длится всего 11,2 земных суток – следовательно, планета всегда повернута к своей звезде одной стороной, как Луна к Земле. Это неминуемо означает большие перепады температур: ведь на одной стороне всегда день и, соответственно, жарко, а на противоположной – царит вечная холодная ночь.
Однако есть мнение, что орбита Проксимы b довольно вытянута: её эксцентриситет точно не определен, но примерно он может равняться 0,30-0,35 - это больше, чем у орбиты Плутона. Если это так, то когда Проксима b приближается к афелию (наиболее удаленной точке от светила) приливные силы должны ослабевать – в этом случае редкая смена дня и ночи на планете всё же возможна.
Как видим, аргументов хватает и тех, и других. Остается надеяться, что в будущем наука продвинется еще и нам удастся узнать больше. Ведь открытие и изучение планет в других звездных системах тоже не так уж давно было фантастикой.
Проксима с
В 2020 году была открыта еще одна планета системы Проксима Центавра, получившая название Проксима с. Она удалена от светила значительно дальше своей соседки – на 1,489 а.е. И хоть это расстояние чуть меньше, чем от Солнца до Марса, из-за низкой светимости звезды на планете царит холод, как на наших ледяных гигантах: минус 234°С. Её орбита заметно вытянута:
Масса составляет 6-8 масс Земли, а радиус пока неизвестен. Есть данные, что планета имеет систему колец диаметром примерно в 2,5 диаметра Юпитера.
Так как Проксима Центавра значительно легче Солнца, то и планета движется куда медленнее Марса: почти тот же путь она совершает за 5 земных лет.
Отправка зондов в систему Альфа Центавра – уже не фантастика?
Этот эпизод из популярного детского фильма «Гостья из будущего» и фразу «Альфа Центавра знаете? Тамошние мы» - помнят, наверное, все. Режиссеры фантастических фильмов не раз «населяли» систему Альфа Центавра братьями по разуму. В сериале конца XX века «Вавилон-5» центавриане – одни из главных героев, которые научили землян технологии прыжков через гиперпространство, позволившим свободно путешествовать в другие звездные системы и устанавливать контакты с инопланетными цивилизациями:
В реальности же вопрос о внеземной жизни, даже примитивной, на Проксима b - пока остается открытым. Единственным способом это выяснить остается отправка зондов в систему Альфа Центавра. Подобная экспедиция представлялась совершенно невозможной – ведь даже самым быстрым аппаратам, созданным сегодня человеком, на путь длиной в 277 тысяч 600 а.е. или в 39,9 триллионов километров, потребуется десятки тысяч лет.
Но наука не стоит на месте: уже сегодня существует проект отправки в ближайшие десятилетия микроаппаратов массой не более одного грамма и размером не более одного сантиметра - под названием Starshot.
Суть проекта в том, что микрозонды можно разогнать до очень высокой скорости с помощью лазеров и световых космических лучей. Миниатюрные зонды развернут солнечные паруса размером 4х4 метра. Сверхтонкая фольга будет отражать падающее излучение Земли, ускоряя полет – как парус, надутый ветром:
Толчок аппаратам придадут лучи массива лазеров, расположенных на Земле:
Тем самым зонды смогут набрать до 20% световой скорости и на перелет до Проксимы Центавра им потребуется примерно 25 лет. По прибытии в систему Центавра микроаппараты соберут информацию, сфотографируют поверхности планет, а через 5 лет эти данные нужно будет принять на Земле – сигнал от зондов не сможет дойти быстрее. Современные нанотехнологии позволяют создать микрозондам всю необходимую «начинку»: точные измерительные приборы и фотокамеры. Но есть одна проблема – торможение.
Чтобы аппараты не проскочили мимо цели, а поработали на орбитах звезд и планет, производя съемку и необходимые измерения, им нужно при полете к системе Альфа Центавра существенно уменьшить скорость. А это неминуемо приведет к значительному увеличению времени полета – до 150 лет. Сейчас ученые работают над вопросом сокращения времени торможения зондов. Если удастся решить эту проблему, у нас еще есть шанс увидеть подлинные фотографии далеких, прежде недосягаемых миров.
Благодарю за внимание!
В следующий раз мы отправимся в систему Сириуса.
Ставьте лайки, если понравилась статья. Пишите комментарии, подписывайтесь на канал - будет еще много интересного!
