Экзопланеты: потенциальная жизнь в световых годах от Земли

Тема так называемых экзопланет — планет, вращающихся вокруг других звёзд, — всё больше привлекает внимание увлечённых астрономией людей. Оно и понятно: ведь если есть жизнь на Земле, почему бы ей не быть где-либо ещё?

Однако при подобных разговорах следует учитывать следующие обстоятельства:

1. Ограниченные данные: мы не видим экзопланеты напрямую (за редкими исключениями). Большинство данных получены косвенными методами (транзитный метод, метод лучевых скоростей). Мы знаем массу, размер, орбиту, иногда плотность и очень приблизительно состав (каменистая/газовая), а для немногих – состав атмосферы.
2. "Зона обитаемости" (ЗО): это область вокруг звезды, где на поверхности каменистой планеты теоретически может существовать жидкая вода. Нахождение в ЗО не гарантирует наличие воды или жизни, это лишь базовый критерий.
3. Множество факторов: жизнь (особенно сложная) зависит от множества других факторов: магнитное поле (защита от радиации), тектоническая активность, стабильность орбиты, состав и плотность атмосферы, уровень ультрафиолетового и рентгеновского излучения звезды, наличие воды и органики, история планеты.
4. Оценка вероятности: указанная вероятность жизни – очень приблизительная и спекулятивная, основанная на текущих ограниченных знаниях и астробиологических моделях. Чаще всего это означает "потенциально пригодные условия", а не "там точно есть жизнь".

Категории и планеты:

I. Каменистые планеты в зоне обитаемости (наиболее перспективные кандидаты):

1. TRAPPIST-1 e:
   Система: звезда TRAPPIST-1 (ультрахолодный красный карлик) в 40 световых годах от нас.
   Планета: одна из 7 известных планет размером примерно с Землю. e - четвертая от звезды.
   Характеристики: масса ~0.77 земной, радиус ~0.91 земного. Плотность указывает на каменистый состав. Находится в центре консервативной зоны обитаемости звезды.
   Вероятность жизни: относительно высокая (среди известных экзопланет). Причины: размер и масса как у Земли, каменистая, в центре ЗО. Однако звезда - активный красный карлик: мощные вспышки могли сорвать атмосферу и стерилизовать поверхность в прошлом. Если у планеты есть плотная атмосфера и сильное магнитное поле, шансы есть. Требует детального изучения атмосферы (будущие телескопы).
2. Проксима Центавра b:
   Система: ближайшая к Солнцу звезда - Проксима Центавра (красный карлик), 4.24 световых года.
   Планета: первая планета земной массы у ближайшей звезды.
   Характеристики: минимальная масса ~1.17 земной. Орбита в зоне обитаемости (год ~11 земных дней). Предполагается каменистая.
   Вероятность жизни: умеренная, но с большими вопросами. Главная проблема - крайняя активность звезды: мощные вспышки, вероятно, лишили планету первоначальной атмосферы и создают смертоносную радиацию. Если планета обладает мощным магнитным полем и смогла удержать/восстановить атмосферу, или если жизнь существует под поверхностью/в океанах (если они есть), то шансы есть. Близость делает ее приоритетом для изучения.
3. Teegarden b и Teegarden c:
   Система: звезда Тигардена (очень тусклый красный карлик) ~12 световых лет.
   Планеты: две суперземли. b - внутренняя, c - внешняя.
   Характеристики: обе находятся в оптимистичной зоне обитаемости. b (мин. масса ~1.05 земной) ближе к внутреннему краю ЗО, c (мин. масса ~1.11 земной) - к внешнему. Звезда очень спокойная для красного карлика (мало вспышек).
   Вероятность жизни: умеренно-высокая (особенно для c). Спокойная звезда - большой плюс. Неизвестны размеры и состав (хотя малые массы указывают на каменистость). c, находясь дальше, меньше подвержена возможному парниковому эффекту, но может быть холоднее. Очень перспективные мишени.
4. Kepler-452b:
   Система: звезда Kepler-452 (аналог Солнца, но старше и ярче) ~1400 световых лет.
   Планета: "старший кузен Земли".
   Характеристики: радиус ~1.6 земного. Орбита в зоне обитаемости (год ~385 дней). Вероятно, суперземля (масса ~5 земных). Звезда похожа на Солнце.
   Вероятность жизни: неопределенная, возможно низкая. Больший размер/масса увеличивают вероятность плотной атмосферы и сильного парникового эффекта (как на Венере). Возраст системы (6 млрд лет) дает время для эволюции жизни, но сама планета может быть слишком массивной и горячей. Требуются данные о составе атмосферы.
5. LHS 1140 b:
   Система: звезда LHS 1140 (спокойный красный карлик) ~49 световых лет.
   Планета: суперземля.
   Характеристики: радиус ~1.7 земного, масса ~6.5 земных, плотность высокая - каменистая с огромным железным ядром или покрытая глобальным океаном. Находится в зоне обитаемости. Звезда относительно спокойна.
   Вероятность жизни: умеренная/высокая. Плотность позволяет предположить наличие огромного количества воды ("планета-океан"). Если так, и если океан жидкий под атмосферой или ледяным щитом, условия для жизни (особенно микробной) могут быть благоприятны. Массивность планеты может создавать экстремальные условия на дне океана.

II. Суперземли/Мини-Нептуны у красных карликов (потенциал для жизни под вопросом):

1. K2-18b:
   Система: звезда K2-18 (красный карлик) ~124 световых года.
   Планета: радиус ~2.6 земного, масса ~8.6 земных.
   Характеристики: находится в зоне обитаемости. Ключевое открытие: В ее атмосфере обнаружен водяной пар! Плотность низкая, указывает на наличие протяженной атмосферы из водорода/гелия и, вероятно, значительного слоя жидкой воды или льда под давлением ("водный мир" или "мини-нептун").
   Вероятность жизни: сомнительная, но интригующая. Наличие воды - плюс. Однако толстая водородная атмосфера создает огромное давление на поверхности возможного океана, а отсутствие твердой поверхности делает привычную нам жизнь маловероятной. Возможна экзотическая жизнь в атмосфере или в океане, но это чистая спекуляция. Дальнейшее изучение атмосферы (поиск биомаркеров вроде метана, кислорода) критически важно.

III. Планеты у солнцеподобных звезд (известные, но с проблемами для жизни):

1. Kepler-22b:
   Система: звезда Kepler-22 (немного меньше и холоднее Солнца) ~635 световых лет.
   Планета: первая подтвержденная планета в ЗО солнцеподобной звезды, найденная "Кеплером".
   Характеристики: радиус ~2.4 земного. Скорее всего, мини-нептун (газовая/ледяная планета с толстой атмосферой), а не каменистая суперземля.
   Вероятность жизни: очень низкая. Отсутствие твердой поверхности делает жизнь в земном понимании невозможной. Возможно, есть жидкая вода глубоко под атмосферой, но условия экстремальны.
2. Kepler-186f:
   Система: звезда Kepler-186 (красный карлик) ~580 световых лет.
   Планета: первая планета размером с Землю, обнаруженная в ЗО другой звезды.
   Характеристики: радиус ~1.17 земного. Находится у внешнего края зоны обитаемости. Масса и состав неизвестны, но размер предполагает каменистость.
   Вероятность жизни: умеренная. Размер и положение в ЗО обнадеживают. Основной риск - активность красного карлика и возможная потеря атмосферы. Может быть довольно холодным миром.

IV. Газовые гиганты в зоне обитаемости (шанс жизни только на спутниках):

1. Kepler-1625b I (возможный спутник) и Kepler-1708b I (кандидат в спутник):
   Характеристики: Это не планеты, а кандидаты в экзолуны у газовых гигантов (Kepler-1625b и Kepler-1708b), которые сами находятся в зонах обитаемости своих солнцеподобных звезд.
   Вероятность жизни: гипотетическая, но интригующая. Если такие крупные, стабильные спутники (размером с Нептун!) существуют и имеют собственную атмосферу/жидкую воду, они могли бы быть пристанищем для жизни. Прямых доказательств существования экзолун пока нет, это сложнейшая задача для наблюдений.

V. Необычные и знаменитые (низкая вероятность жизни, но важны для науки/культуры):

1. 51 Пегаса b:
   Значение: первая открытая экзопланета у солнцеподобной звезды (1995 г.). Революция в астрономии.
   Характеристики: горячий Юпитер. Очень близко к звезде, раскален до сотен градусов.
   Вероятность жизни: нулевая.
2. HD 209458 b (Осирис):
   Значение: первая планета, обнаруженная транзитным методом; первая, у которой исследовали атмосферу.
   Характеристики: горячий Юпитер.
   Вероятность жизни: нулевая.
3. Kepler-16b:
   Значение: первая подтвержденная планета, вращающаяся вокруг двойной звезды (как Татуин из "Звездных войн").
   Характеристики: холодный газовый гигант, размером с Сатурн, вне зоны обитаемости.
   Вероятность жизни: нулевая (на планете), но гипотетически возможна на крупных спутниках (не обнаружены).

Какие выводы можно сделать из всего вышеизложенного?

• Перспективны каменистые миры в ЗО: TRAPPIST-1e, Teegarden b/c, LHS 1140 b, Проксима b (несмотря на риски), Kepler-186f.
• Красные карлики - двойной меч: они чаще имеют небольшие каменистые планеты в ЗО, но их вспышечная активность - огромная угроза для атмосфер и жизни.
• Вода — ключевой ингредиент: обнаружение водяного пара в атмосфере K2-18b - прорыв, но сама планета вряд ли обитаема. Поиск воды на каменистых планетах в ЗО - главная цель.
• Атмосфера — это всё: наличие и состав атмосферы - критический фактор для жизни. Ее изучение (биомаркеры: O₂, O₃, CH₄, CO₂, H₂O в сочетании) - задача телескопов следующего поколения (JWST уже начал, будущие - HabEx, LUVOIR).
• Вероятность жизни пока неизвестна: мы только начинаем находить потенциально обитаемые миры. Утверждать о существовании жизни на любой из известных экзопланет крайне преждевременно. Требуются десятилетия исследований.

Поиск "второй Земли" и признаков жизни за ее пределами - одна из самых захватывающих задач современной науки, и открытия последних лет делают эту цель все более достижимой.