Есть ли жизнь у Проксимы Центавра?

Борис Штерн, докт. физ.-мат. наук, главный редактор газеты «Троицкий вариант — наука», финалист премии «Просветитель»

Борис Штерн

Не осталось никаких сомнений: у ближайшей к нам звезды Проксима Центавра есть планета массой не менее 1,3 массы Земли. Открытие сделано «дедовским» спектрометрическим методом, которым в 1995 году была обнаружена первая экзопланета у обычной звезды. Планету ловят по периодическому доплеровскому смещению линий звезды из-за ее вращения вокруг общего центра тяжести с планетой.

Период 11 дней найден с хорошей значимостью, колебания лучевой скорости звезды — ±2 м/с, что уже давно измеримо; единственное, что удивляет, — почему только сейчас. На самом деле международному коллективу, проводившему измерения на Европейской южной обсерватории, о планете было известно уже давно, просто долго копили данные, а в текущем году усовершенствовали методику. Легкодоступная публикация лежит на сайте обсерватории [1].

Вообще говоря, это открытие — огромная удача. Обнаружить планету земной массы спектрометрическим методом сложно: «наводка» на движение Солнца от орбитального движения Земли — 10 см/с, что на порядок ниже современного порога регистрации. Тут сказался малый размер орбиты и малая масса звезды, ну и, конечно, сыграла свою роль ее близость к Земле.

Звезда Проксима Центавра слабенькая, красный карлик: в видимом свете уступает Солнцу по абсолютной светимости в видимом свете на четыре порядка, во всем спектре — на три порядка (0,17% солнечной светимости), расстояние до звезды — одна двадцатая земного. Получается, 70% земного обогрева — это среднее между Землей и Марсом. Но поскольку планета тяжелая (1,3 земных массы — это минимум, может быть и 2, и 3 в зависимости от ориентации орбиты), то можно надеяться на толстую атмосферу и парниковый эффект.

В СМИ сразу появились радостные предположения о том, что планета может быть обитаема. Но всё гораздо сложней. Планета из-за приливного трения повернута к звезде одной стороной. Все планеты в зоне обитаемости красных карликов повернуты к звезде одной стороной — это называется приливным замыканием и достаточно легко считается.

Приливное замыкание — очень плохо для обитаемости. Одна сторона всё время горячая, другая — холодная. На холодной стороне со временем окажется вся вода в виде льда и даже весь азот и углекислый газ, тоже в твердой фазе. Собственно, вымерзнет вся атмосфера, кроме водорода и благородных газов. Правда, оговаривается, что мощная атмосферная циркуляция может спасти дело. Лазейки, наверное, есть, но тяжелая проблема остается.

Кроме того, маленькие звезды очень вредные. У них выделенная в недрах энергия выносится наружу глубокой конвекцией, которая генерирует хаотическое магнитное поле, а значит, и мощные звездные вспышки, сильный ультрафиолет, рентген и звездный ветер, который истощает атмосферу планеты. Это не фатально, но очень осложняет дело. Спасти планету может только сильное планетарное магнитное поле и толстая атмосфера, поглощающая ультрафиолет.

В целом, крайне маловероятно, что планета пригодна для жизни, но шанс есть. И этот шанс вдохновляет исследователей писать статьи с климатическими моделями, искать лазейки и предлагать методы исследования планеты. Предполагаю, что команда «Звездного паруса» (Starshot, см. [2]) ликует. Но не думаю, что открытие поможет безнадежному, на мой взгляд, проекту отправки нанозонда, — зато может стимулировать методы наблюдений.

Напрямую планету еще долго не удастся наблюдать. Ее угловое расстояние от звезды — 1/20 секунды дуги. Формально, гигантские строящиеся наземные телескопы будут обладать лучшим разрешением. Но никакая адаптивная оптика не избавит от гало вокруг звезды, в котором потонет планета.

Космический телескоп «Джеймс Вебб», который будет запущен в 2018 году, также вряд ли сможет наблюдать планету напрямую: его дифракционный предел на волне 1 микрон лишь немногим меньше углового расстояния между звездой и планетой. А на нескольких микронах, где планету наблюдать легче и интересней, новый телескоп принципиально не сможет отделить планету от звезды. Такая задача по зубам лишь космическому интерферометру, все проекты которых закрыты (см. мою статью про экзопланеты [3]).

Но всё же многое можно узнать, хорошо измеряя суммарный свет звезды и планеты. Одно из последних исследований на эту тему опубликовано в статье [4]. Постоянно наблюдая яркость системы, можно вытянуть периодический сигнал известной частоты, связанный с тем, что планета поворачивается к нам то холодной, то горячей стороной. Если планета лишена атмосферы, амплитуда соответствующего сигнала — 3×10-5 от яркости звезды.

Лучевая скорость звезды в зависимости от фазы орбитального периода планеты (11,2 дня). Скорость дана после вычитания всех эффектов, связанных с неравномерным движением Земли. Треугольники и квадраты — более ранние измерения разными спектрометрами; кружки — новые измерения 2016 года, сделанные по усовершенствованной методике. Разброс точек больше указанных статистических ошибок из-за систематических ошибок измерений.

Лучевая скорость звезды в зависимости от фазы орбитального периода планеты (11,2 дня). Скорость дана после вычитания всех эффектов, связанных с неравномерным движением Земли. Треугольники и квадраты — более ранние измерения разными спектрометрами; кружки — новые измерения 2016 года, сделанные по усовершенствованной методике. Разброс точек больше указанных статистических ошибок из-за систематических ошибок измерений.

Если есть атмосфера — амплитуда меньше; конкретная величина зависит от характера атмосферы. А в принципе, можно вытащить и спектр планеты, из которого можно узнать очень многое — состав атмосферы, даже наличие кислорода.

Это всё очень интересно, и мы, вероятно, узнаем многое о планете у ближайшей звезды в обозримое время. Это воодушевляет, даже если результат окажется разочаровывающим.

Борис Штерн

1. eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso1629/eso1629a.pdf

2. Обсуждение проекта Starshot — см. http://starshot.trv-science.ru/

3. Штерн Б. Ближайшие пригодные для жизни экзопланеты… // ТрВ-Наука. № 207 от 28 июня 2016 года. С. 8.

4. Kreidberg L., Loeb A. Prospects for characterizing the atmosphere of Proxima Centauri b. http://arxiv.org/pdf/1608.07345v2.pdf

Связанные статьи

 
 

Метки: , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

 

18 комментариев

  • Валерий Лесов:

    Борис Евгеньевич, аргументы серьёзные. Мне, надо ещё все это обдумать — по образованию инженер, не физик.

    Полезно? Dobre 0 Słabe 0

  • Ash:

    В связи с приливным замыканием возникает вопрос — а если планета имеет спутник (или спутники)? Неужели при всех возможных резонансах это замыкание всё равно происходит?

    Полезно? Dobre 1 Słabe 0

    • Б.Штерн:

      Нет, конечно. Я не умею делать такие оценки, но если спутник типа Луны, да поближе, планета, конечно замкнется со спутником. А резонанс — само собой получится. Еще вариант — планета гигант со спутником типа Титана, который замкнется с планетой и будет иметь нормальные сутки

      Полезно? Dobre 0 Słabe 0

      • Ash:

        Конечно, в ближайшем будущем вряд ли удастся обнаружить спутник, даже если он есть. С другой стороны, в нашей системе спутников полно. Так что дело тёмное...

        Полезно? Dobre 0 Słabe 0

      • Michael:

        Уважаемый Ash,

        Proximа-b расположена очень близко к звезде (в 8 раз ближе, чем Меркурий к Солнцу). При такой близости удержать спутник непросто, ибo eго орбита будет очень сильно возмущаться звездой. С большой вероятностью это приведёт к росту эксцентриситета и, в итоге, к отрыву.

        ______________

        Уважаемый Борис Евгеньевич,

        Со спутниками типа Титана всё сложнее. Если спутник

        (а) покрыт океаном или просто очень вязкий (точнее, если его постоянная триаксиальность равна нулю или хотя бы меньше высоты прилива),

        (б) хоть немного возмущён (т.е. имеет ненулевой эксцентриситет),

        то в этом случае вместо спин-орбитального резонанса мы получаем т.н. псевдосинхронизм, т.е. режим, в котором угловая скорость вращения чуть выше среднего движения (средней угловой скорости движения по орбите). Об этом есть очень хорошая (но не очень простая) работа Валерия Макарова

        iopscience.iop.org/articl...ence.cld.iop.org

        Но если триаксиальность больше высоты прилива, то псевдосинхронизм невозможен и происходит захват в один из резонансов

        iopscience.iop.org/articl...7X/764/1/27/meta

        Полезно? Dobre 1 Słabe 0

  • Vladimir:

    Что касается обитаемости, и вообще, наличия жизни на других планетах, то имеет место разделение на пессимистов и оптимистов, как физиков, так и обывателей. Разумной кажется точка зрения Шкловского: существование жизни в других мирах возможно, конечно, то есть это исключить нельзя, но вероятность этого столь мала, что практически установить контакты будет невозможно из-за больших расстояний до планет, на которых жизнь существует в той или иной форме.

    Другой вопрос: будет лучше или хуже людям, живущим на Земле, если, например установится контакт с цивилизацией, подобной северо-корейской, обладающей ядерным оружием?.

    Полезно? Dobre 0 Słabe 0

    • Илья:

      Какой может быть контакт, если, например, до ближайшей разумной цивилизации 500 световых лет? Вопрос-ответ — 1000 лет. Есть ли смысл тогда в таких вопросах и тем более — в ответах? А если не 500 лет, а 10 тысяч? (По космическим меркам — близко!)

      Полезно? Dobre 0 Słabe 0

      • Ash:

        Технику-то всё равно развивать нужно. Так почему не под этим флагом? А там, глядишь, может и получится вытянуть что-нибудь из тёмной материи с тёмной энергией.

        Полезно? Dobre 0 Słabe 0

      • Vladimir:

        Если время на вопрос-ответ сравнимо (тем более — намного меньше) со временем существования цивилизации на Земле, то контакт был бы разумен и, может быть, полезен в смысле приобретения опыта. Но всё это — крайне осторожно, без иллюзий.

        И отдельный вопрос — насколько это ИМ полезно, или наоборот ??

        Сравните — с точки зрения муравьёв их контакты с нами, двуногими, — полезны, или наоборот?

        Полезно? Dobre 0 Słabe 0

        • Илья:

          Нам было бы полезно хотя бы потому, что стало бы понятно, что мы не одиноки во вселенной. А еще было бы очень интересно узнать, как священники объяснили бы — как инопланетянам проповедовать Евангелие, как их крестить и т.д. — за такие вопросы чуть работы Ломоносова не сожгли.

          Полезно? Dobre 0 Słabe 0

  • Силон Селенов:

    * Vladimir: … «Другой вопрос: будет лучше или хуже людям, живущим на Земле,

    если...»

    = Владимир, а вам не приходил на ум «Третий вопрос»:

    — А на фига этот контакт, который, кстати, по утверждению Шкловского невозможно установить?

    А также - «Четвёртый вопрос»:

    — А «будет лучше или хуже Центяврикам, если» туда заявятся Людоеды с Земли???

    _ «Есть ли жизнь у Проксимы Центавра?..»

    Если есть, то как туда попасть,

    избежать желудка чтоб Кадавра,

    что на всю страну уже разинул пасть ?!!..

    _ С «Альфою Центяврой» всё понятно::

    там Серёнь Борисыч Кол уже забил!..

    Но туда летит Борисович приватно,

    я ж и в общий бы вагон билет купил::

    _ Так уже тошнит от Казнокрадов!..

    А ещё ж — Дороги, Дураки...

    Только будут ли «Центяврики» нам рады,

    иль, увидет, взвоют от тоски ??..

    Силон Селенов, 18 сентября 2016

    Полезно? Dobre 0 Słabe 3

  • Силон Селенов:

    В предыдущем комме я упомянул:

    — «с «Альфою Центяврой» всё понятно:: там Серёнь Борисыч...»

    Привожу «первоисточник»::

    * СМИ, 20.09.2007. Леонид ФЛОРЕНТЬЕВ. «Операция «Преемник Солнца»:

    — «В сент. 2007 г. в Москве и.о.первого вице-премьера С.Б. ИВАНОВ

    провел встречу с молодыми учеными...

    — «Реален выход в межзвездное пространство, — обнадежил Сергея Борисовича

    зав.лаб. Ин-та космич. иссл-ний РАН Владислав ИЗМОДЕНОВ.

    — Мы должны ставить высокие цели, первыми полететь в межзвездное пространство,

    это можно рассматривать как подготовку к полету на Альфу ЦЕНТАВРА…»

    В ответ Сергей Борисыч всуръёз спросил :

    — «…что будет с землянами, когда погаснет Солнце?..»

    = Л. ФЛОРЕНТЬЕВ : «И я уже вижу, как, выведенный на околоземную орбиту

    ракетой «Булава» первый в истории человечества

    радиоизотопный звездолет «Шестопер» устремляется к неведомым мирам

    — с титановым триколором, проблесковым маячком

    и надписью «Газпром» на борту.

    В звездной дали мы найдем достойного преемника угасающему белому карлику...»

    * * «ПЕСНЯ КОСМОНАВТОВ»

    Сл. Вл.Войновича , муз. Оскара Фельцмана

    _ «Заправлены в планшеты

    Космические карты,

    И штурман уточняет

    В последний раз маршрут…»

    — — — * — — —

    Полезно? Dobre 0 Słabe 1

  • Силон Селенов:

    = МАРШ «Прощание С,Лубянки» =

    («Песня ХОХМОнавтов»)

    1-3) _ Заправлены в планшеты Хохмические карты,

    И Штирлиц уточняет в последний путь маршрут :

    — «Давайте-ка, ребята, об-НАНИмся пред стартом,

    А девки с Андромеды платочком нам махнут!..» (1)

    П р и п е в :

    _ Я знаю, друзья, Караваны Ворья

    Помчатся вперёд от Казны до Казны!

    На «пыльных» тропинках Багам и Рублья

    Оставят «медвежьи» следы.

    __ На блудных тропинках у вилл Куршавля (2)

    __ Оставят Норильска следы.

    2-3) _ Когда-нибудь с годами поправитесь ль с мозгами?

    Иль до Дурдомов Звёздных проложат для вас путь…

    Вы б «Шморгалку» успели раз дёрнуть – и сумели б (3)

    На Альхву ж ту Центярву из «Кащенко» взглянуть!.. (4)

    П р и п е в.

    3-3) _ Давно вас ожидают параши и клозеты,

    И часовых пикеты, и звонкий стук кайла…

    Изрыгни ж ИХ, Планета! Иначе конец света,

    Ох, мама ж дорогая, придёт тебе, Земля!!..

    П р и п е в.

    — — — — — — —

    (1) ЕФРЕМОВ Иван Антон.(1907-72) — учёный, писатель.

    Научно-фант. роман «Туманность Андромеды» (1957).

    (2) На блудных тропинках у вилл Куршавля — скандал с Мих. Прохоровым,

    который привёз в Куршавель взвод проституток (пардон-с, «секретарш-массажисток»).

    (3) «ШмОргалка» — Вл.Данилец и Вл.Моисеенко, миниатюра:

    Немец. трактор в украин. деревне...

    (4) Б-ца Психиатрическая им. П.П. Кащенко, г. С. -Петербург, воспетая в анекдотах,

    песнях и ставшая именем нарицательным, именем «Кащенко».

    Силон Селенов, 12 июля 2008

    Полезно? Dobre 0 Słabe 2

  • Michael:

    Автор пишет: «Планета из-за приливного трения повернута к звезде одной стороной.»

    Вероятно, эта фраза появилась вследствие неточной формулировки в первой статье Англады (чувствуется, что статья писалась второпях). Там сказано: «The most common arguments against habitability are tidal locking». Hо там вовсе не утверждается, что tidal locking непременно осуществится в варианте 1:1.

    Буквально через несколько дней та же команда опубликовала анализ, согласно которому возможен tidal locking в варианте 3:2, как у Меркурия arxiv.org/abs/1608.06813

    Это естественно, поскольку планета расположена очень близко к звезде и, похоже, имеет не очень маленький эксцентриситет.

    Полезно? Dobre 1 Słabe 0

  • Дмитрий Горскин:

    Земля испытала удар с другой малой планетой, после которого образовалась Луна и наклонилась ось. Это было наверное с Ураном,что говорит о его наклоне оси и Марса.Поэтому, если планета Проксимы испытала удар с другой планетой, она может быстро вращаться вокруг оси. Если у нее нет спутника, то нет приливов, замедляющих вращение вокруг оси.1 миллиарда лет назад Земля вращалась быстрее вокруг оси. День продолжался 20 часов.Китайские ученые утверждают, что 15 часов.День мог длится 12 часов 3 миллиарда лет назад, если было замедление вращения Земли.Поэтому какой размер телескопа нужен, чтобы точно определить состав атмосферы у планеты у Проксимы и его температуру?

    Полезно? Dobre 0 Słabe 1

  • Ash:

    «Есть также статья, где авторы исследуют возможность прямых наблюдений Проксима b на телескопах VLT. Получается, что после реалистичного апгрейда инструментов SPHERE и ESPRESSO это можно будет сделать! Более того, авторы полагают, что можно будет получить спектры, чтобы поискать три биомаркера: кислород, воду и метан. И это еще без введения в строй телескопа E-ELT!!!»

    arxiv.org/abs/1609.03082

    www.gazeta.ru/science/201...a_10233317.shtml

    Полезно? Dobre 1 Słabe 0

  • Дмитрий:

    Попробуем решить задачу «от обратного».

    Мы ищем планету, удобную для жизни в известном нам понимании, т.е. с большим количеством кислорода в атмосфере и низким уровнем радиации на поверхности.

    При такой близости к активному красному карлику последнее означает очень сильное магнитное поле, которое будет защищать поверхность, а заодно и атмосферу от сдувания солнечным ветром — на порядки больше, чем на Земле.

    Тогда на планете должны быть мощнейшие полярные сияния.

    Характерное красное и зеленое свечение при полярном сиянии — это свечение атомарного кислорода.

    Тогда в атмосферах планет при транзите характерные спектры этого атомарного кислорода должны быть хорошо заметны. Так?

    Это, конечно, в первую очередь относится к планетам TRAPPIST-1, но и к Проксиме b тоже.

    Полезно? Dobre 1 Słabe 0

Добавить комментарий

Недопустимы спам, оскорбления. Желательно подписываться реальным именем. Аватары - через gravatar.com