Инопланетный зоопарк

 

До 1995 года планеты в нашей Солнечной системе были единственными, о существовании которых мы знали наверняка. Затем аспирант Дидье Келоз из Женевского университета обнаружил первую планету, вращающуюся вокруг чужой звезды, и вскоре планеты посыпались как из рога изобилия. Теперь, когда открыто более 3500 экзопланет (а будет еще больше), мы обнаружили огромное разнообразие иных миров.

 

Поиск жизни за пределами Земли всегда был главным приоритетом для человечества. Для существования жизни в том виде, в котором мы ее знаем, нужны свет, вода, мягкие температуры и умеренная гравитация, поэтому скалистые, похожие на Землю планеты вызывают отдельный интерес. Особенно если эти экзопланеты находятся в зоне Златовласки(в англоязычной литературе называют потенциальную зону обитаемости вокруг центральной звезды. В сказке «Три медведя» Златовласке удается выжить благодаря тому, что она делает правильный выбор из предложенных ей наборов предметов), где температура как раз подходит для поддержания воды в жидком состоянии.

 

Ярким примером является планетная система TRAPPIST-1. Всего на расстоянии 40 световых лет от Солнца по близким друг к другу орбитам вращаются семь планет умеренных размеров (типа Земли). У каждой из них – свои физические параметры и свои варианты атмосфер, океанов и возможных форм жизни. В принципе, такие системы из небольших планет, чьи характеристики как бы повторяют друг друга, но на новом уровне, как матрешки, могут быть достаточно распространены в нашей Галактике, и, возможно, лучше всего подходят для поиска внеземной жизни. Благодаря близости своих орбит и взаимному гравитационному влиянию они вошли в определенную гармонию друг с другом. На каждые восемь оборотов самой внутренней планеты TRAPPIST-1 вокруг центральной звезды приходится пять оборотов второй планеты, три оборота третьей планеты и два оборота четвертой планеты. Такой компактный часовой механизм, сцепленный гравитационными «шестеренками», мог бы даже способствовать распространению жизни между мирами.

 

Между тем, экзопланету LHS 1140 b у звезды LHS 1140 сейчас активно рассматривают как самое оптимальное место для поиска признаков жизни за пределами Солнечной системы. Диаметр этой суперземли превосходит земной в 1,4 раза, а масса – в 6,6 раза. Несмотря на близость своей орбиты к центральной звезде – в ее «году» 25 дней – планета получает примерно вдвое меньше света, чем Земля, потому что звезда прохладная. Скорее всего, температура на планете невысока, а значит вполне вероятно, что на ней есть вода в жидком состоянии. Звезда LHS 1140 – красный карлик, а звезды этого типа имеют склонность вспыхивать. Вспышки могут нанести ущерб вероятной жизни на близлежащих планетах, но LHS 1140 – необычайно спокойная звезда, поэтому риски для ее планеты не так уж велики. LHS 1140 b находится на расстоянии всего в 40 световых лет от Солнца, это одна из самых близких потенциально обитаемых экзопланет среди найденных к настоящему времени. В принципе, мы можем наблюдать затмения звезды LHS 1140 этой экзопланетой, если при ее движении по орбите она будет проходить между нами и звездой – великолепная возможность поискать у экзопланеты атмосферу. Ведь атмосфера будет искажать звездный свет в момент транзита, и можно будет найти признаки жизни, если они в этой атмосфере присутствуют.

 

Ближайшая к нам твердая планета Проксима b удалена от нас на 4,2 светового года. Точных оценок ее размера не существует, но вероятно, она немного больше Земли. Находясь недалеко от красного карлика Проксима Центавра, эта планета получает большие дозы рентгеновского излучения, и на нее изливается мощный звездный ветер. Это, конечно, не лучший вариант для существования жизни. В Проксиме b привлекает то, что она находится практически по соседству с нами – и мы можем поискать на ней атмосферу и признаки жизни, а однажды даже отправить туда межзвездный зонд.

 

 

Большинство экзопланет выглядят адски негостеприимно. Самую горячую из всех найденных, KELT-9 b, называют «горячим Юпитером» – она в 2 раза больше Юпитера по размерам. Ее орбита пролегает рядом с горячей звездой, и дневная температура превышает 4300 °C, что сравнимо с температурой оранжевой звезды. При такой интенсивности излучения от звезды и жаре атмосфера газового гиганта испаряется со скоростью до 10 миллионов тонн в секунду. К тому моменту, когда звезда расширится до размеров планеты, планета уже может превратиться в обнаженное ядро.

 

Но бывают и другие экзотические планеты. Если вам мало одной жары, можно подыскать такую планету, на которой без конца извергаются вулканы и блещут молнии. Kepler-10 b – первая экзопланета с твердой поверхностью, открытая за пределами Солнечной системы – находится так близко к своей звезде, что ее поверхность покрывают сплошные вулканы. Вулканическая пыль часто является причиной вспышек молний. Одна из моделей, в которой взяты за основу данные о земных извержениях, предполагает, что на планете Kepler-10 b может происходить до триллиона вспышек молний в час.

 

Планета HAT-P-7 b (1000 световых лет от Солнца) – это другая история. Метеосводки из этого удивительного мира уделяли бы основное внимание изменениям облачного покрова. Небо этой планеты скрывают рубиново-сапфировые облака – и это не преувеличение. Блеск планеты с течением времени меняется. Скорее всего, это связано с перемещением вдоль планеты ее самых ярких областей, а именно – с переменностью облачного покрытия. При высокой температуре, царящей на планете, не исключено, что облака могут состоять из корунда – именно из этого минерала образуются сапфиры и рубины на Земле.

 

 

Большинство экзопланет были обнаружены одним из двух методов. Гравитационное поле планеты может заставить звезду слегка «пошатываться», и линии в спектре звезды будут испытывать небольшие доплеровские сдвиги. Или, если орбита находится в плоскости луча зрения, планета может проходить перед своей звездой, и мы на Земле увидим, что звезда будет периодически тускнеть – такое событие называется «транзит». Тысячи планет были открыты методом «транзита» – с помощью космического телескопа «Кеплер». Этот же телескоп обнаружил изменения блеска у ряда планет, что может говорить об изменении на них метеоусловий.

 

Но оба эти метода плохо работают, когда планета маленькая или расположена далеко от звезды. Именно поэтому первыми среди экзопланет были обнаружены так называемые «горячие юпитеры» – гигантские планеты на близких орбитах к своим звездам. Ясно также, почему в каталоге внесолнечных планет преобладают большие планеты с высокими температурами.

 

Некоторые планеты были обнаружены методом гравитационного микролинзирования, когда собственное гравитационное поле планеты, наряду с гравитационным полем ее звезды, усиливает блеск звезды, находящейся дальше от нас по лучу зрения. Есть и другие методы, например прямое наблюдение, но они требуют гораздо бо́льших усилий. Холодная и одинокая планета 2MASS J2126 на очень широкой орбите – одна из тех немногочисленных планет, которые удалось увидеть непосредственно. Она вращается вокруг своего светила, тусклого коричневого карлика, на расстоянии триллиона километров – в 6900 раз дальше от своей звезды, чем Земля от Солнца. Методом прямого наблюдения удалось обнаружить и движение четырех планет в системе HR 8799.

 

Наряду с горячими юпитерами условно приняты и такие наименования для вновь открываемых планет, как суперземли (большие скалистые планеты) и мининептуны – самые маленькие газовые гиганты. Но не все планеты подпадают под эту классификацию. Для планеты Kepler-10 c, которая находится на расстоянии около 560 световых лет от нас, пришлось придумать отдельный класс. Радиус планеты только немногим превышает диаметр Земли, поэтому вначале астрономы отнесли планету Kepler-10 c к мининептунам. Но в 2014 году поступила новая информация. Оказалось, что эта планета в 17 раз массивнее Земли, а это, учитывая ее диаметр, означает, что она должна быть невероятно плотной. Такие твердотельные планеты раньше не наблюдались. Модели образования планет не предсказывали такой комбинации параметров. Пришлось назвать Kepler-10 c первой «мегаземлей».

 

 

Когда Земля только образовалась, эти пять маленьких планет были уже древними как мир. Возраст планеток сравним с возрастом самой Вселенной – они моложе ее всего лишь на 20%.

 

Космический телескоп «Кеплер» обнаружил планеты у оранжевого карлика под названием Kepler 444, на расстоянии 117 световых лет от Земли. Эта звезда немного меньше Солнца. Считается, что на планетах вокруг оранжевых карликов вполне может развиться инопланетная жизнь, потому что такие звезды обычно не проявляют активности и могут оставаться стабильными в течение 30 миллиардов лет – напомним, что время жизни Солнца составит «всего лишь» 10 миллиардов лет. Если предположить, что жизнь возникает случайно, у старых планет больше шансов (больше времени) для того, чтобы на них сложилась подходящая сумма факторов для появления и развития жизни.

 

Размеры планет у звезды Kepler 444 составляют величины в диапазоне от 0,4 до 0,74 земного радиуса. Методом астросейсмологии оценили возраст звезды: примерно 11 миллиардов лет. Напомним, что возраст Вселенной оценивают в 13,8 миллиарда лет. Из всех открытых к настоящему времени планет в Галактике система у Kepler 444 относится к старейшим системам с планетами земного типа.
 

Планеты у Kepler 444 слишком горячие, жизнь в нашем понимании там невозможна. Но само их существование оставляет нам надежду, что где-то могут быть более прохладные миры – и не менее древние.

 

 

 

Планеты и планетные системы, открытые за пределами Солнечной системы, поражают нас удивительным разнообразием. Некоторые из них нежатся в свете сразу четырех солнц; другие, покинувшие родные пенаты, как парии блуждают по Галактике, и ни одной звезды поблизости; третьи примкнули к совсем молодой звездной поросли, едва достигнувшие 1 миллиона лет – молокососы среди звезд! Теоретики выдвигают свои предположения о том, какими должны быть внесолнечные миры. Их наивные теории не выдерживают проверку новыми фактами, и, вероятно, впереди нас ждет еще много сюрпризов.

 

В попытке предвосхитить неожиданности, которые нам может преподнести природа, исследователи рьяно фантазируют, придумывая новые типы экзопланет, которые могут быть открыты в будущем. Не следует считать, что скучающие астрономы просто играют в бирюльки, ведь очень важно понять, до каких пределов может дойти природа в своей способности творить новые миры. Благодаря этому мы можем сравнить нашу Солнечную систему с другими планетами и осмыслить наше место во Вселенной. Многие вымышленные миры бросают нашим формальным теориям образования планет настоящий вызов и вносят смуту в само понимание того, что такое планета. Кроме того, импровизации на тему новых, экзотических типов планет полезны еще и потому, что расширяют наши неизбежно землецентрические представления о том, где может возникнуть жизнь. В конечном итоге в поисках инопланетян помогает фантазия.

 

 

 

В нашей Солнечной системе планеты расположены далеко друг от друга. Вокруг планет вращаются их спутники гораздо меньшего размера. Принято считать, что планеты образуются из протопланетного диска при конденсации частиц пыли вокруг молодой звезды. Постепенно пыль налипает на первоначально небольшие конгломераты, которые превращаются в скалистые глыбы, мчащиеся по орбитам и подгребающие под себя все вещество, встречающееся им на пути. Из обломков, не примкнувших к планете и продолжающих крутиться вокруг нее, образуются спутники. Другая версия образования спутников такова, что они втягивают осколки планетарных тел, которые соударяются на ранних стадиях формирования планетной системы и рикошетом отскакивают друг от друга.
 

Но есть и третий вариант, причем ему симпатизируют многие астрономы. Наша Луна могла сформироваться, когда в первобытную Землю врезалась планета размером с Марс, отколов от нее значительные куски, впоследствии слившиеся друг с другом и образовавшие наш естественный спутник. Если бы, допустим, это была не лобовая атака, а удар по касательной, одна планета могла бы взять другую на абордаж, и получилась бы двойная планетная система.
 

Обнаружение двойных планет может пролить свет на бурное детство неоперившихся солнечных систем. Если такой сценарий – столкновение двух планет, в результате которого образовалась наша Луна, – подтвердится, его можно будет применить и к теории образования планет, а не только спутников-«нахлебников». К счастью для астрономов, двойные экзопланеты должны отбрасывать характерные двойные тени, когда они пересекают и частично затмевают сияющие диски своих звезд, – оставляя «транзитные» сигналы, легко обнаруживаемые телескопом «Кеплер» и другими обсерваториями, предназначенными для поиска новых миров.

 

Несомненно, самой интригующей была бы находка двух землеподобных планет в одной планетной системе. Представьте, что каждую ночь в нашем небе всходила бы другая планета, похожая на нашу. И она была бы тоже обитаема. И на ней бы тоже возникла цивилизация, которая однажды захотела бы отправиться в космос.

 

 

Планеты в нашей Солнечной системе следуют каждая своим собственным путем, сопровождаемые верными спутниками. Но иногда им приходится терпеть соседство других небесных тел. Есть такая группа астероидов, называемых троянскими астероидами, которые толкутся в окрестностях точек Лагранжа. Это очень привлекательные места, в которых совместное действие сил притяжения планеты и ее звезды позволяет третьему телу «зависать» над планетой почти неподвижно. Юпитер надзирает за целой армией троянцев, которые вместе с ним обращаются вокруг Солнца, и у Земли есть свой собственный троянский астероид – скалистая глыба с кодовым названием 2010 TK7.
 

Теоретически ничто не препятствует тому, чтобы объекты размером с целую планету расположились на «групповой» орбите примерно на одинаковом расстоянии от своей центральной звезды. Конфигурации такого рода могут сохраняться миллиарды лет – пока не появится какой-нибудь возмутитель гравитационного спокойствия, который сможет нарушить изысканный хореографический ансамбль вальсирующих по гармоничным орбитам небесных тел. Не совсем понятно, правда, как может в реальности сложиться такая конфигурация.
 

Если будет доказана возможность существования нескольких планет на одной орбите («ко-орбитальной» орбите), это вступит в противоречие с общепринятой догмой о том, что планета силой гравитации должна расчищать окрестности своей орбиты от других больших объектов. А ведь именно это послужило причиной того, что Плутон в 2006 году вычеркнули из списка полноценных планет. Такие миры могли бы даже перекрестно опыляться благодаря метеоритным ударам, которые будут взрывать скалы, заботливо укрывающие выносливые кусочки генетического материала.

 

Яйцеподобные миры

 

Газовый гигант WASP-12 b вращается вокруг своей звезды на таком обжигающе близком расстоянии, что сильное гравитационное притяжение звезды исказило его форму, превратив в выпуклый овал. Прабал Саксена и его коллеги из университета Джорджа Мейсона в Фэрфаксе (штат Вирджиния, США) решили исследовать, как это приливное искажение может повлиять на скалистую планету типа Земли. Они подсчитали, что экзопланета такого типа из-за растяжения может стать на 20% шире вдоль экватора, чем вдоль меридиана. А потом разорвется на части.
 

Открытие таких планет, по форме напоминающих мяч для регби, могло бы стать стимулом для развития планетологии. Реакция планеты на гравитационное давление звезды открывает совершенно новый путь для изучения ее внутреннего состава – например, можно будет выяснить, является ли планета в основном твердой или газообразной. В придачу, гравитационное поле будет по-разному действовать на атмосферы яйцевидных планет в разных местах. Из-за этого климат может меняться совершенно непредсказуемым образом.

 

 

По мере развития планетарной системы планеты могут мигрировать внутрь, ближе к своему центральному светилу, или наружу. Подталкиваемые к звездному горнилу, газовые планеты могут лишиться своих атмосфер – их сорвут знойные звездные ветры. В конечном итоге у этих планет не останется ничего, кроме голых скалистых ядер. Такие планеты с сорванными покровами, которые ранее скрывали их глубины, а теперь отброшены прочь, принято называть хтоническими – по аналогии с подземными божествами в греческих мифах. Если, например, холодный мининептун переместится в умеренную, обитаемую зону своей звезды, дополнительное тепло может не только сдуть его атмосферу, но и растопить открытые поверхностные слои, богатые водяным льдом. Такая планета может превратиться в покрытый океаном мир с благоприятным для жизни воздухом.

 

 

Можно считать это чистой игрой ума, но некоторые планеты могут находиться в своего рода орбитальном «чистилище» между двумя звездами в двойной системе, крутясь по спирали вокруг соединяющей их оси, перетягиваемые гравитационным «канатом» то к одной, то к другой звезде. Такую модель движения планеты предложил физик-теоретик Юджин Окс из Обернского университета в Алабаме (США). При некоторых условиях орбита, по которой будет двигаться планета как белка в колесе, оказывается довольно стабильной.
 

Окс провел расчеты для планеты в двойной звездной системе Кеплер-16, состоящей из оранжевого карлика и красного карлика, находящейся на расстоянии 200 световых лет от Земли. Открытая астрономами планета вращается вокруг двух звезд. Планета-буравчик в модели Окса совершает мертвую петлю – один оборот по конусообразной орбите – менее чем за одну земную неделю. Еще не обнаруженные экзопланеты могут иметь формы и орбиты, непохожие ни на что виденное до сих пор.

 

Любая форма жизни, которая смогла бы выжить на такой стойкой планете, где смена времен года происходит в течение нескольких дней, была бы свидетелем одного из самых странных явлений на ночном небе. Когда планета-буравчик достигает одной из крайних точек своей орбиты и отправляется в обратное путешествие к другой звезде, в этот момент ближайшее к ней солнце как будто бы меняет направление своего движения.