Вы стоите вечно закатом, под ужасающим, красновато-оранжевым небом, усыпанным тонкими облаками. У края огромного моря твердая земля медленно поднимается из воды, уступая низменным местам, покрытым растительностью. Растения купаются в температуре, достигающей 4 градуса Цельсия, но их листья не зеленые, а черные, широко раскинутые, чтобы поглотить едва заметную энергию, обмывающую пейзаж.
Вы приехали в этот рай из своего постоянного дома, базы, находящейся на темной, замороженной стороне планеты. Вы идете вниз по холмам низменности к берегу воды. Пока вы смотрите на горизонт, вы обещаете себе, что в следующем году привезете сюда всю семью, чтобы они могли насладиться краской, теплом и светом. Тогда вы понимаете, что следующий год всего в 37 днях, и вы вдруг чувствуете себя маленьким и ничтожным в огромной, подавляющей Вселенной.
Это может быть вашей будущей Землей
Нет, серьезно. Это было художественное изображение планеты, называемой Глизе 581g, которая стала большой новостью в 2010 году, но сейчас ученые сомневаются в ее существовании.
Тем не менее, это не остановило их в поиске других похожих на Землю планет. Благодаря современным техникам поиска планет и серьезному оборудованию, астрономы находят тысячи кандидатов за пределами нашей солнечной системы. Это планеты, вращающиеся вокруг других похожих на Солнце звезд — называемые экзопланетами, — и ученые приходят к бодрящему, почти пугающему осознанию: Вселенная может быть заполнена миллиардами планет, некоторые из которых определенно напоминают Землю. По крайней мере, на первый взгляд. Но что на самом деле означает похожесть на Землю для планеты?
Зона Голдилокс: что такое похожая на Землю планета?
Если во Вселенной существует еще одна Земля, она, вероятно, должна выглядеть, как Земля, не так ли? Конечно, но вероятность найти голубой мир точно 12 756 километров в диаметре, наклоненный под углом около 24 градусов к своей оси, кажется такой же маловероятной, как найти имитатора Элвиса Пресли, который выглядит хорошо в пайетках из кожи и может исполнить песню лучше самого Короля.
Конечно, не стоит пренебрегать поиском, и астрономы это делают. Идея заключается не обязательно в поиске точного соответствия, а в поиске близкого к нему. Например, астрономы обнаружили несколько так называемых "супер-Земель" — планет, немного больших, чем наш дом. Они являются гораздо более подходящими аналогами, чем планеты размером с Юпитер или Сатурн.
Фактически, гиганты, такие как Юпитер и Сатурн, называются газовыми гигантами, потому что они представляют собой только гигантские шары водорода, гелия и других газов с маленькой или даже без твердой поверхности. Газовые гиганты с их бурными, многоцветными атмосферами могут предоставить зрелищные виды, но они никогда не станут хорошими местами для жизни.
Меньшие планеты, включая Землю и ее двойников-супер-Земель, намного вероятнее станут инкубаторами жизни. Астрономы называют их террестриальными планетами, потому что они имеют ядра из тяжелых металлов, окруженные каменистой мантией. Террестриальные планеты, как правило, находятся близко к своим звездам, что означает, что у них более короткие орбиты и, следовательно, гораздо короче годы.
Террестриальные планеты также более вероятно находятся в зоне Голдилокс. Ее также называют зоной обитаемости или жизни. Это область космоса, в которой планета находится на таком расстоянии от своей звезды, что ее поверхность не слишком горяча и не слишком холодна. Земля, конечно, удовлетворяет этим условиям, в то время как Венера готовится в беглом парниковом эффекте, а Марс существует как замерзшая аридная планета. Между ними условия идеальны, чтобы жидкая вода оставалась на поверхности планеты, не замерзая или испаряясь в космосе. Теперь начался поиск другой планеты в зоне Голдилокс другой солнечной системы.
Методы поиска экзопланет
Одной из великих проблем в поиске экзопланет является обнаружение самих планет. Большинство из них слишком малы и находятся слишком далеко, чтобы их можно было наблюдать непосредственно. Наши земные телескопы не могут различить далекую планету как точку, отделенную от ее родительской звезды. К счастью, астрономы имеют другие средства в своем распоряжении, и все они требуют высокоточных телескопов, вооруженных фотометрами (устройствами, измеряющими свет), спектрографами и инфракрасными камерами.
Первый метод, известный как метод колебания, ищет изменения относительной скорости звезды, вызванные гравитационным влечением близлежащей планеты
Эти тяги заставляют звезду двигаться к Земле, а затем от нее, создавая периодические изменения, которые мы можем обнаружить, анализируя спектр света от звезды. Когда она движется к Земле, ее световые волны сжимаются, укорачивая длину волны и сдвигая цвет к синей стороне спектра. Когда она движется от Земли, ее световые волны распространяются, увеличивая длину волны и сдвигая цвет к красной стороне спектра. Большие планеты усиливают качание своих родительских звезд, поэтому эта техника была наиболее эффективной при поиске газовых гигантов, в несколько раз превышающих Землю в размерах.
Есть одна вещь, которую все планеты могут хорошо делать — блокировать свет
Если орбита планеты пересекает между ее родительской звездой и Землей, она заблокирует часть света и заставит звезду потемнеть. Астрономы называют это транзитом, а метод поиска планет, связанный с этим, методом транзита. Телескопы, оснащенные чувствительными фотометрами, могут легко различить большие планеты, но они также могут уловить даже небольшое затмение, вызванное объектом размером с Землю.
Наконец, некоторые астрономы обратились к методу микролинзирования
Микролинзирование происходит, когда одна звезда точно проходит перед другой звездой. Когда это происходит, гравитация передней звезды действует как увеличительное стекло и усиливает яркость задней звезды. Если планета орбитирует вокруг передней звезды, ее дополнительное гравитационное воздействие усиливает эффект увеличения. Это удобно позволяет выявить планету, которая в противном случае была бы невидимой для других методов обнаружения.
Кеплер и ТЕСС
Мы сказали ранее, что основными требованиями к обитаемой планете были бы наличие каменистой поверхности (вместо газовой), наличие жидкой воды (вместо водяного пара) и нахождение в зоне Голдилокс, не слишком горячей и не слишком холодной. Итак, какие инструменты используются для поиска таких экзопланет?
Первые экзопланеты были обнаружены телескопом Хаббла в 1990-х годах. Но первой миссией NASA для обнаружения похожих на Землю планет, вращающихся вокруг звезд вне нашей собственной Солнечной системы, стал телескоп Кеплер, запущенный в 2009 году. Оборудованный высокочувствительным фотометром, Кеплер отслеживал яркость более чем 150 000 звезд, искал маленькие периодические погружения их света, вызванные транзитом планет через их поверхности. Этот метод транзита позволил Кеплеру выявить более 2600 экзопланет, включая 12 планет в обитаемых зонах своих звезд. Среди них были Глизе 581c и Кеплер 62f.
Миссия Кеплера завершилась в 2018 году, и за ней последовало Телескопическое исследование экзопланет ТЕСС (Transiting Exoplanet Survey Satellite). Миссия ТЕСС заключается в поиске экзопланет также с использованием метода транзита. ТЕСС охватит область неба в 400 раз больше, чем Кеплер, и изучит звезды в 30-100 раз ярче.
