Как астрономы будут изучать Проксиму b и другие похожие миры

На протяжении тысяч лет человечество любопытствовало на тему звезд в нашем ночном небе. Планеты, звезды… возможно, даже с разумной жизнью — все это вокруг нас. И только в последние 25 лет мы получили возможность узнать наверняка ответ на этот вопрос, когда воочию увидели первый мир за пределами нашей Солнечной системы. По мере развития телескопов человеческая изобретательность подбрасывала нам новые методы изучения Вселенной — среди которых самый известный это наблюдение за едва заметным покачиванием звезды, а позже и метод планетарного транзита. Число открытых экзопланет растет не по дням, а по часам.

Первым показались планеты, которые найти было проще всего, — массивные гиганты, расположенные слишком близко к своим родительским звездам. За ними последовали менее массивные и более удаленные звезды. К сегодняшнему дню телескоп «Кеплер» обнаружил уже тысячи твердых миров, из которых 21 похож на Землю и может быть обитаем.

Мысль о том, что Земля была редкой и уникальной — твердая планета с ингредиентами для жизни, расположенная на правильном расстоянии от солнца, которое позволяет существовать жидкой воде, — быстро теряла поддержку в течение последних двух десятилетий. И кульминация этого процесса случилась совсем недавно, 24 августа 2016 года, когда ученые Европейской южной обсерватории объявили об открытии твердой планеты с массой в 1,3 земной, вращающейся вокруг ближайшей к нам звезды: Альфы Центавра. Этот мир обращается вокруг родительской звезды за 11 дней, но сама звезда имеет только 12% массы Солнца и светит всего на 0,17% от солнечной яркости. Да, красный карлик и скалистая планета объединились и, возможно, сделали этот мир потенциально обитаемым. Но самое забавное не то, что у значительного процента звезд могут быть под боком планеты земного типа, а то, что они имеются практически у всех. Может быть.

Только лишь из орбитальных параметров, которые мы измерили, и известных законов физики мы извлекли колоссальное количество знаний. Эта планета почти наверняка приливно заблокирована у своей звезды, то есть всегда обращена к звезде одним полушарием, подобно Луне, которая никогда не поворачивается к Земле «темной стороной». Сама звезда активно и часто извергает вспышки. Для стороны планеты, обращенной к Солнцу, это означает катастрофу, но для темной стороны — нет. И «времена года» определяются эллиптичностью орбиты, а не наклоном оси. Но это совсем немного информации, которую нам удалось достать, и если мы хотим узнать о планете больше, нам придется усовершенствовать свои технологии.

К примеру, нам нужно узнать, имеется ли в атмосфере планеты кислород. Или водяной пар. Или богатые углеродом сигнатуры вроде метана и двуокиси углерода. А как насчет облаков? Тонкие они или толстые, либо их вообще нет? Из чего они состоят? Темные они или же отражают свет? Может ли атмосфера передавать тепло на темную сторону планеты или же ее ночная сторона вечно замерзшая?

Если мы сможем улучшить наше разрешение и выполнить спектроскопию на планете с прямой визуализацией, на эти вопросы можно будет ответить даже не покидая собственной планеты. Для этого понадобится чрезвычайно большой наземный телескоп или сеть телескопов. 30-метровые телескопы, которые в настоящее время находятся в стадии строительства, — это большой шаг в эту сторону, но чтобы дотянуться до планет возле красных карликов, нужно еще больше: нужны огромные телескопы диаметром в 100 или даже 200 метров.

Совсем другое дело — состав поверхности планеты. Если облака прозрачные и орбита эллиптическая, должны быть «сезонные» различия между летом (когда мир ближе всего к звезде) и зимой (когда дальше всего) в течение 11-дневного года Проксимы b. Поскольку мир заблокирован и не вертится (подобно большинству потенциально обитаемых планет земного типа возле красных карликов), будет три климатических зоны: палящая и изжаренная вдоль обращенного к звезде полушария; замерзшая, ледовитая вдоль обращенного к космосу полушария и умеренная зона в середине. На планете могут быть материки и океаны, а также гигантский ледниковый покров на ночной стороне. Либо может быть передача тепла от атмосферной планеты и эффективная отражательная способность, тогда на всей планете будет одна температура. Пример такому развитию событий — Венера.

Если мы сможем осуществить прямые наблюдения света, излучаемого планетой — как видимого, так и инфракрасного — в разное время на орбите звезды, мы могли бы получить ответы на все вышесказанные вопросы. В этом нам помогли бы гигантские телескопы с большой светособирательной силой и способностью фиксироваться на свете звезды, желательно из космоса. Предложенный космический телескоп LUVOIR с сопровождающим зонтиком смог бы с этим справиться. По плану, это 12-метровый телескоп (в 25 раз светосильнее телескопа Хаббл), оснащенный коронографом. Немного поодаль от него будет летать зонтик, блокирующий свет звезды и пропускающий свет планеты. Хотя LUVOIR будет готов не раньше чем к 2030-м годам, зонт может быть построен в ближайшие пять лет, что позволит нам визуализировать Проксиму b уже имеющимися методами.

Какого рода радиацию излучает планета? В дополнение к сигналам отраженной солнечной радиации, космических лучей и собственного инфракрасного тепла планеты, может быть что-то еще? Например, искусственные сигналы на радио или других электромагнитных длинах волн? Если эти сигналы посылает разумная жизнь, пора взять и найти ее. Такова задача SETI, которая уже серьезно заинтересовалась планетой. Также нам стоит серьезно задуматься, поскольку за последние 20 лет наше радиовещание в космос уменьшилось, а электромагнитные сигналы остались. Вполне возможно, что существование искусственных сигналов подстегнет нас искать искусственное освещение на ночной стороне планеты.

Потому что наша самая заветная мечта — найти признаки жизни, желательно разумной. Биосигнатуры могут быть в самых разных формах: пары азота, кислорода и воды в атмосфере; свидетельства геопреобразования или же искусственное освещение на ночной стороне планеты. Все это видно из космоса. Хотя мы можем исследовать эти сигнатуры косвенно через атмосферные, поверхностные и излучаемые сигналы, лучшим способом изучить планету будет отправиться туда самостоятельно. 4,24 светового года могут показаться не столь отдаленными, но космический аппарат типа «Вояджера-1», путешествуя на скорости 0,006% световой, доберется до Проксимы b за много тысяч лет.

Но другие методы, задействующие современные технологии, позволили бы нам добраться туда быстрее. Проект Breakthrough Starshot предлагает использовать лазеры на космической основе для разгона космического аппарата, оснащенного парусом. Они могли бы разогнать его до 20% скорости света, и на все путешествие ушел бы какой-то 21 год. Новый источник топлива, например, содержащий антивещество, как в фантастических историях, тоже вполне мог бы однажды стать реальностью. Если разгоняться по мере пути с постоянным ускорением, можно было бы добраться до звезды за 12 лет.

Иными словами, с учетом прогнозируемого технологического прогресса и если не нарушать законы физики, мы могли бы послать беспилотный космический аппарат к ближайшей к нам планете земного типа в ближайшие лет тридцать-сорок, а возможно — роботов или людей. Время отправляться, и если это открытие не заставит нас искать вторую Землю, то значит ничто уже не заставит.