- Троицкий вариант — Наука - https://trv-science.ru -

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

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Связанные статьи