Историческое открытие небольшого мира, вращающегося в обитаемой зоне соседней звезды, выглядит захватывающим. Но упаковывать чемоданы пока рано.
В глубоком стремлении обнаружить странные новые миры, мы неизбежно пытаемся отыскать чужеродные планеты, обладающие какими-то сходствами с нашей планетой. Теперь, с невероятной находкой экзопланеты с земной массой на орбите соседней звезды, расположенной на необходимом для сохранения жидкости на поверхности расстоянии, есть надежда, что нам удалось найти «Землю 2.0» прямо на нашем галактическом пороге.
Но в порыве присвоить земное подобие этой маленькой экзопланете, мы позабыли, что правильного расположения и массы недостаточно, чтобы сделать ее похожей на Землю. И даже если на ней есть вода, это все еще очень странный мир.
В новом исследовании, возглавленном учеными из Французского национального центра научных исследований (CNRS) и Корнельского университета, было создано компьютерное моделирование, чтобы определиться с возможными характеристиками небольшого скалистого мира, обнаруженного на орбите красного карлика Проксима Центавра. Расположенная всего в 4.2 световых лет от Земли, так называемая Проксима b была обнаружена обсерваторией ESO La Silla в Чили и астрономами компании Pale Red Dot, что привело к всеобщему волнению в августе.
Измеряя небольшие колебания Проксимы Центавры, телескоп смог не только расшифровать массу экзопланеты, но также смог вычислить ее орбитальный период. С помощью этой информации ученые поняли, что мир вращается вокруг красного карлика внутри «обитаемой зоны» звезды. Обитаемая зона звезды – это расстояние вращения планеты по орбите, которого достаточно (не слишком жарко и не слишком холодно), чтобы жидкая вода сохранялась на ее поверхности.
Выводы очевидны: на Земле, где есть вода, есть жизнь. Если на Проксима b есть вода в жидком состоянии, возможно, там есть и жизнь. И если мы заглядываем в далекое будущее, то однажды настанет время для межзвездных видов, и мы создадим там новый дом.
Что мы знаем и чего не знаем
Важно помнить, что сейчас у нас очень мало информации насчет Проксима b. Мы знаем, что ее орбитальный период составляет чуть больше 11 дней (да, «год» на Проксиме b длится всего лишь 11 дней). Также мы знаем, что ее орбита находится в обитаемой зоне звезды. Кроме того, известна и приблизительная масса. Но мы на знаем, есть ли там атмосфера, а также какой ее физический размер. А если мы не имеем данных о физическом размере, то нам не удастся вычислить ее среднюю плотность, и, следовательно, возникает неопределенность относительно того, какие материалы есть на экзопланете. Таким образом, чтобы устранить эту проблему, ученые провели моделирование объекта с 1.3 массой Земли (приблизительная масса Проксима b), вращающейся вокруг красного карлика, чтобы понять, какую форму она может принять.
Если предположить, что у скалистого мира наименьший размер (94% диаметра Земли), то в соответствии с планетарными моделями формирования он будет состоять металлического ядра, который составит 65% массы всей планеты. Внешние слои - скалистая мантия и очень небольшое количество воды (если такова имеется). В этом случае Проксима b – каменистый, бесплодный и сухой мир, напоминающий массивный Меркурий. Последний раз, когда мы проверяли Меркурий, он не выглядел «пригодным для жизни».
Но это лишь один из вариантов. Затем исследователи сместили шкалу к другой крайности. Что будет, если физический размер планеты отодвинуть к максимуму? То есть, Проксима b может представлять собою мир с массой на 40% больше земной. Что тогда? Вот здесь уже интереснее.
В таком случае мир был бы намного менее плотным, а это значит, что было бы меньше скал и металла. Огромная доля массы планеты будет состоять из воды (если точнее, то 50%). Это был бы настоящий «водный мир» в самом прямом смысле этого выражения.
Где-то между этими двумя сценариями (плотная и пустая порода или раздутый водный мир) находится очень популярный вариант - «Земля 2.0». Это в основном мир с небольшим металлическим ядром, скалистой мантией и обильным океаном на поверхности. Именно этот экзопланетный компромисс часто изображают в качестве снимка Проксимы b, так напоминающем нашу Землю.
Увы, это лишь один из возможных сценариев. Так что, исходя из этого исследования можно сказать, что Проксима b не очень сильно смахивает на Землю.
Но дальше больше.
Обитаемые зоны не так уж и обитаемы?
Только то, что планета вращается вокруг звезды в ее обитаемой зоне, еще не дает гарантии, что она имеет те же животворные качества, которые есть на Земле (не забывайте, что Марс и Венера тоже вращаются вокруг Солнца в пределах обитаемой зоны нашей Солнечной системы).
Орбита Проксимы b очень близка к своей звезде. Ее природа чудовищна: красные карлики маленькие и поэтому их температура меньше, чем у звезд, подобных Солнцу. Поэтому обитаемая зона Проксимы Центавры намного компактнее, чем наша солнечная. Обитаемая зона Проксимы Центавра находится в пределах обриты Меркурия. Если планета подберется так близко к нашему горячему Солнцу, то сгорит. Для планеты, вращающейся вокруг Проксимы Центавры, это место – оазис.
Но если вы вращаетесь так близко к красному карлику, то начинаете испытывать влияние некоторых приливно-отливных трудностей. Одна сторона вращающейся планеты, будет постоянно «смотреть» на звезду, а это означает, что ее вращение соответствует ее орбитальному периоду. Одно полушарие пребывает в постоянной темноте, в то время как другое – в постоянном свете. Эта ситуация называется «синхронным вращением».
В таком случае, давайте представим, что орбитальная планета действительно представляет собою учебное пособие по миру с «земным» составом. У нее есть железное ядро, скалистая мантия и достаточное количество воды на поверхности для создания жидкого океана, поддерживающего жизнь. Но этот мир заблокирован приливными силами своей звезды. То есть, это вызывает некоторые проблемы, не так ли?
Предположим, что планета каким-то образом все же обладает атмосферой (подробнее позже), в которой одно полушарие постоянно нагревается, а второе – заморожено. Звучит как-то не очень хорошо. Многие модели пытались воссоздать сложные условия атмосферы такой ситуации, и большинство результатов не приносят ничего положительного. Некоторые сценарии предсказывают наличие планетарных ураганов, которые напоминают доменную печь. Другие пророчат наличие сухой пустыни на стороне, обращенной к звезде, и вечного льда на темном полушарии.
Глазное яблоко Земли?
Однако, существуют некоторые планетарные модели, которые могли бы дать надежду для этих несчастных подражателей – «вторых Земель». В таком случае эти своеобразные планеты по-прежнему будут заблокированы приливными силами своих звезд (на одном полушарии – пустыня, а на втором – лед), но был бы промежуток между днем и ночью, когда условия были бы настолько идеальными для образования круглой полоски океана между светом и тьмой. И она напоминала бы глазное яблоко.
В другом исследовании атмосферной динамики заблокированных экзопланет есть вывод, что может сложиться ситуация, когда в мире создался эффективный «кондиционер» - горячий воздух из одного полушария распределяется по планете таким образом, что удается сбалансировать глобальные температуры. Но этот вариант предполагает высокую степень трения между нижней атмосферой и изобилующими скалами, скалистой поверхностью и эффективным потоком высотного воздуха.
Но в конечном счете подвохом при рассмотрении экзопланет «земного типа» является то, что только потому что у красных карликов маленький размер, это не означает, что они послушные. На самом деле, красные карлики могут быть совершенно жестокими, часто извергаются с мощными вспышками, заливая любые близлежащие планеты ионизирующим излучением. Эти излучения, плюс неизбежно мощные звездные ветры, скорее всего, повлияют на любую атмосферу, отдаляя ее как можно дальше от нашего гипотетического расцветающего мира «Земля 2.0». Без атмосферы только отдаленно обитаемое место на этой планете будет находиться под поверхностью, возможно, в подповерхностном океане, защищенном ледяной коркой (как луна Юпитера Европа).
Но (как и Земля), если эти планеты имеют сильную глобальную магнитосферу, то им удастся отразить худшую из звездных бурь и у атмосферы есть шанс на формирование. Кто знает?
Только начало
Хотя существует много проблем с отыскиванием «Земли 2.0», мы только начинаем поиски. Загвоздка с красными карликами состоит в том, что нужно, чтобы сложились самые благоприятные условия для поддержания пригодной для атмосферы жизни. Является ли Проксима b не ограненным алмазом?
Сейчас у нас нет возможности ответить на этот вопрос. Возможно, с запуском космического телескопа Джеймса Вебба НАСА в 2018 году мы могли бы вырвать спектроскопический отпечаток атмосферы. Но, вероятно, у него не будет таких возможностей. Таким образом, мы могли бы просто отправить туда зонд, который сможет подтвердить, что Проксима b может быть обитаемой планетой.