Поиски экзопланет у буйных красных карликов и мирных солнц: достижения и перспективы

Фантазия художника о предполагаемом ландшафте Проксимы Центавра b. ESO/M. Kornmesser
Фантазия художника о предполагаемом ландшафте Проксимы Центавра b. ESO/M. Kornmesser
Борис Штерн
Борис Штерн
Лев Зелёный
Лев Зелёный

Лев Зелёный, академик РАН, научный руководитель Института космических исследований РАН, побеседовал с Борисом Штерном об изучении планет за пределами Солнечной системы. Какие биомаркеры внушают надежду обнаружить внеземную жизнь? Почему текущая статистика экзопланет немного лукавая и в ней «всё не так, как на самом деле»? Как обнаружить магнитные поля планет, защищающие их от ярости красных карликов? Какие методы поиска далеких планет наиболее успешны? Почему горячие юпитеры дрейфуют к родной звезде, сметая всё на своем пути? Ответы — в нашем интервью. Видеозапись — на YouTube-канале газеты.

— Итак, уже известно несколько тысяч экзопланет. Их находят разными методами. Давайте начнем с того, сколько планет какими методами обнаружено, какие методы наиболее успешны. А потом перейдем к наиболее интересующей нас теме: планеты земного типа в зоне обитаемости. Но начнем с общей статистики.

— Хорошо. Ответ на этот вопрос меняется буквально каждый день… По данным NASA1, к началу августа 2022 года обнаружено 5063 подтвержденных планеты, из них 3248 открыл телескоп «Кеплер» и уже 231 планету — новая, очень перспективная система TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite). Кроме того, есть 8833 кандидата в экзопланеты (из них 5808 дал TESS). Вначале планета попадает в список кандидатов, потом данные несколько раз проверяются независимыми исследователями, и только после этого кандидат получает статус планеты. Некоторые кандидаты отпадают. На рис. 1 показано, какими методами были обнаружены планеты.

Рис. 1. Подтвержденные экзопланеты, обнаруженные различными методами:синий — прямое получение изображений;оранжевый — гравитационное микролинзирование (OGLE, MOA, KMTNet);зеленый — транзитный метод (CoRoT, «Кеплер», TESS, наземные телескопы);красный — метод лучевых скоростей (спектрографы SOPHIE, HARPS, HAPRS-N, HIRES, PFS, ESPRESSO);фиолетовый — тайминг транзитов, затмений или пульсаций
Рис. 1. Подтвержденные экзопланеты, обнаруженные различными методами:
синий — прямое получение изображений;оранжевый — гравитационное микролинзирование (OGLE, MOA, KMTNet);
зеленый — транзитный метод (CoRoT, «Кеплер», TESS, наземные телескопы);
красный — метод лучевых скоростей (спектрографы SOPHIE, HARPS, HAPRS-N, HIRES, PFS, ESPRESSO);
фиолетовый — тайминг транзитов, затмений или пульсаций

Общая статистика подтвержденных экзопланет такая: 1934 нептуна и мини-нептуна — их радиусы составляют от 2 до 6 радиусов Земли (R), 1061 суперземля (радиусы от 1,25 до 2 R), 1436 газовых гигантов (радиус больше 6 R), 507 землеподобных планет (радиус меньше 1,25 R) — это малые планеты, в основном каменистые, с радиусами чуть больше радиуса Земли, потому что считается, что для обитаемости радиус обитаемости не должен быть слишком большим, ограничение здесь от 1,25 до 1,5 радиуса Земли.

При этом восемь землеразмерных планет находятся в консервативной обитаемой зоне и 36 — в оптимистичной обитаемой зоне. Из планет, открытых методом лучевых скоростей, самая интересная находится у ближайшей к нам звезды Проксима Центавра на расстоянии всего 4 световых года. Естественно, эта планета очень привлекает и исследователей, и публику («Троицкий вариант» о ней уже писал 2). Звезда — красный карлик, и от нее можно ждать всяких неприятностей, хотя я думаю, что всё не так страшно: планета, обладающая достаточно сильным магнитным полем, может противостоять звездному ветру от красного карлика, выбросам из его короны, которые, конечно, достаточно сильны.

Есть очень пожилые планетные системы и очень молодые. Самая старая планетная система из обнаруженных находится у звезды 82 Эридана, ее возраст — около 12 млрд лет. Есть звезды в каталоге WASP (Wide Angle Search for Planets) тоже почти возраста Вселенной. А в созвездии Тельца, например, есть экзопланета возрастом всего несколько миллионов лет.

Самая интересная из открытых систем — TRAPPIST-1 на расстоянии 40 световых лет от Солнца. Там известно семь планет (рис. 2). Они станут одними из основных объектов изучения для телескопа «Джеймс Уэбб». Тут могут быть очень интересные открытия.

Рис. 2. Сравнение размера, плотности и освещенности планет системы TRAPPIST-1 и планет земной группы Солнечной системы. Зеленым выделена зона обитаемости
Рис. 2. Сравнение размера, плотности и освещенности планет системы TRAPPIST-1 и планет земной группы Солнечной системы. Зеленым выделена зона обитаемости

Если в среднем посчитать (по данным «Кеплера» в основном, но это очень характерные данные), на одну звезду приходится не меньше трех планет. Планет земного типа немного, а у солнцеподобных звезд их совсем мало. В основном эти планеты находятся у красных карликов, но, как я говорил, мы не должны из-за этого особенно расстраиваться.

Нужно сказать, что эта статистика немножко лукавая. Вспоминаются бессмертные слова Черномырдина: «В жизни всё не так, как на самом деле». В этой статистике тоже не всё как на самом деле. В девяностые и нулевые годы все космогонисты (ученые, которые занимаются происхождением Солнечной системы) впали в своеобразную депрессию, потому что большие юпитеры на крошечных расстояниях от своих звезд были слишком удивительны и непонятны. Но постепенно с этим удалось разобраться.

При таких исследованиях происходит серьезнейшая наблюдательная селекция. Гораздо легче и методом лучевых скоростей, и методом транзитов найти большую планету с малой орбитой, которая будет сильно «дергать» звезду (могут получиться даже сотни метров в секунду). Уже в девяностые годы в спектрах звезд научились измерять такие доплеровские смещения подобной величины. А планеты малых масс мы всегда будем терять. В рамках нашей грантовой работы по экзопланетам Саша Тавров и Влада Ананьева попытались количественно оценить этот эффект; скоро это исследование будет опубликовано 3. Получились очень интересные результаты. Если посмотреть зависимость числа открытых планет от массы, она завалена на малых массах, а массивный хвост, начиная от 0,1 массы Юпитера, уже более-менее понятен. Были опубликованы многочисленные теоретические работы, обобщенные известным ученым Кристофом Мордасини, в которых рассчитывается среднее распределение экзопланет по массе из наблюдаемых свойств протопланетных дисков 4. У него, естественно, получился интуитивно ожидаемый спектр, начинающийся от масс меньше массы Земли и заканчивающийся десятью массами Юпитера. Все возможные эффекты там были учтены. Но теория совершенно не совпадала с экспериментальными данными. Мы сделали коррекцию, подбросили тестовые планеты разных масс и периодов, выясняя, можно ли их обнаружить с помощью имеющихся наблюдательных программ. Получилась матрица на диаграмме «масса — орбитальный период», которую назвали «окно видимости». Она показывает вероятность обнаружения каждой тестовой планеты. В области планет-гигантов на близких орбитах эта вероятность равна единице, а в области малых масс она очень мала, составляет доли процента или вообще равна нулю. Когда эта коррекция была сделана, очень сильно поднялся левый край графика. На рис. 3 изображена теоретическая кривая, которую получили специалисты по космогонии, расчитавшие вероятности образования планет разной массы из протопланетных дисков. Естественно, маленьких планет рождается много, больших всё меньше (просто для их формирования требуются более жесткие условия). А в наблюдениях всё наоборот. Но когда распределение правильно корректируется с помощью окна видимости, принимается во внимание этот сильный эффект недоучета малых масс (их действительно трудно увидеть, особенно если планета достаточно далека от материнской звезды). И тогда теория даже неприлично хорошо совпадает с экспериментом. Это радует. Получается, наша Солнечная система — не какой-то мутант и уродец среди других звездных систем, а одна из типичных.

Рис. 4. Наблюдаемое распределение экзопланет по массам (розовая линия) искажено наблюдательной селекцией: массивные планеты и планеты с короткими орбитальными периодами находить проще, чем легкие планеты и планеты с большими периодами. Скорректированное распределение (синяя и зеленая линии) приближается к предсказанному теорией популяционного синтеза Мордасини (2018)
Рис. 3. Наблюдаемое распределение экзопланет по массам (розовая линия) искажено наблюдательной селекцией: массивные планеты и планеты с короткими орбитальными периодами находить проще, чем легкие планеты и планеты с большими периодами. Скорректированное распределение (синяя и зеленая линии) приближается к предсказанному теорией популяционного синтеза Мордасини (2018)

Хотя, конечно, бывают и другие случаи. При формировании некоторых систем горячие юпитеры могут, сметая всё на своем пути, продрейфовать к родной звезде из дальней зоны, где они только и могут формироваться; вряд ли при этом орбиты остальных планет останутся устойчивыми; конечно, всё разрушится. Нам повезло, что наш Юпитер остался там, где он находится и, наоборот, как все сейчас понимают, сыграл роль пылесоса, защищающего Землю от избыточных бомбардировок астероидами.

— Рассматриваем ли мы всерьез планетные системы красных карликов как возможное место обитания жизни? Тогда число планет, пригодных для жизни, может быть огромным. Если не рассматриваем, остаются звезды типа Солнца и, может быть, спектрального класса К. Джеф Марси с двумя молодыми ребятами делали оценки несколько лет назад 5, у них получилось порядка миллиарда обитабельных планет в нашей галактике.

— Мы все-таки сейчас интересуемся тем, что можно увидеть и «пощупать» хотя бы с помощью таких мощнейших на сегодняшний день инструментов, как «Джеймс Уэбб», поэтому, я думаю, нам нужно ограничиваться сотнями световых лет. Наверное, в дальних областях много интересного, но мы туда толком никогда не заглянем.

Я в принципе не разделяю панику по поводу красных карликов. Да, у них сильная конвекция, мощные выбросы, но если у планеты есть достаточно сильное дипольное магнитное поле (как это определить, пока не совсем ясно, и мы как раз пытаемся этим заниматься), оно все-таки сможет существенно защитить центральную часть планеты. Солнце — тоже звезда довольно строптивая, и те, кто занимаются спутниковыми проектами, страдают от того, что происходят сильные сбои в работе различных космических аппаратов, вплоть до того, что они могут полностью выйти из строя. Но жизнь эволюционирует, и даже к повышенным уровням радиации, наверное, можно привыкнуть, только частота мутаций, создающих изменчивость, необходимую для эволюции, будет больше. И, может быть, это даже неплохо. В общем, как известно, всё что не убивает, делает нас сильнее. Я не вижу здесь абсолютного запрета. Но, конечно, у планеты должно быть собственное магнитное поле — лучше дипольное, как у Земли, но даже квадрупольное может обеспечить определенную защиту во многих районах на поверхности планеты.

— Магнитное поле требует вращения планеты, довольно быстрого. А эти планеты находятся, скорее всего, либо в спин-орбитальном резонансе 3:2 (как Меркурий, где трое суток длятся два года), либо в резонансе 1:1, который иногда называют замыканием (потому что при этом планета обращена к центральному телу всегда одной стороной, как Луна к Земле). Поэтому, скорее всего, интересующие нас экзопланеты могут вращаться недостаточно быстро.

— Но они вращаются все-таки близко к своим звездам. Планеты в зоне обитания красных карликов имеют довольно маленькие периоды. Луна вокруг Земли вращается медленно, но вращения планеты с периодами единицы и даже десятки суток может оказаться достаточным для поддержания механизма динамо. Кстати, и спутник Юпитера Ганимед с периодом обращения всего 7,15 суток имеет вполне приличное собственное магнитное поле, благодаря которому вокруг него возникает своеобразная защитная мини-магнитосфера. Мы как раз планируем с Дмитрием Соколовым (профессором МГУ) попытаться понять, какие условия для формирования магнитного поля за счет внутреннего динамо могут быть у планет, замкнутых за счет резонанса, которые обращены всегда одной стороной к своей звезде. Конечно, это плохо для обитаемости, потому что разность температур на светлой и темной сторонах планеты мало поможет формированию жизни. Но если есть конвективное движение атмосферы, нагретая дневная сторона будет остывать. Если на планете есть океан, он тоже поможет переносить тепло. Всё это интересные задачи.

В качестве курьеза: я смотрел, какие заявки разные исследователи подают на «Джеймс Уэбб». Предлагают смотреть в том числе на «замкнутые» планеты. Говорят, что если на планете есть цивилизация, то наверняка сторону, обращенную к звезде, покроют солнечными панелями, чтобы электрифицировать темную сторону. Массовое использование солнечных панелей может быть видно издалека по коэффициенту отражения. Вот такие «смелые» идеи тоже предлагают!

Но есть и серьезные заявки, например по исследованию так называемого индекса VRE (vegetation red edge), характеризующего наличие и обильность растительности. Физический эффект, лежащий в основе использования этого индекса, связан с резким изменением отражательной способности растительности в ближнем инфракрасном диапазоне. Содержащийся в растениях хлорофилл поглощает бо́льшую часть излучения в видимой части спектра, но для волн длиннее 700 нм отражение резко возрастает (с 5% до 50%). Можно представить себе, что клеточная структура растений действует наподобие множества элементарных уголковых отражателей, что спасает растения от избыточного перегрева при процессах фотосинтеза. VRE широко используется для Земли, и есть много идей, как применить подобный эффект для нахождения планетной биоты, использующей энергию излучения материнской звезды. Конечно, длина волны излучения, где происходит такой скачок VRE, в процессе эволюции подстраивается под спектр излучения звезды. Надо сказать, что есть и работы, где утверждается, что эта граница закладывается еще на заре эволюции, когда развитие растений происходило под водой. Всё это очень интересно, но довольно спекулятивно (в хорошем смысле).

— Итак, есть надежда, что у красных карликов может быть жизнь, но может и не быть — мы пока этого не знаем. Однако мы уверены в том, что жизнь может быть у звезд типа Солнца. Вопрос: где находится ближайшая планета типа Земли у звезды типа Солнца? И как ее можно попытаться обнаружить?

— Я таким вопросом специально не задавался, потому что мне казалось, что негатив по поводу красных карликов преувеличен. Рассмотрим потенциально обитаемые планеты (по версии NASA), обнаруженные «Кеплером» (рис. 4). У звезды класса G (солнцеподобной) обнаружена пока всего одна планета — Kepler-452 b, у оранжевых карликов (их температура где-то 3–4 тыс. К) — семь. У красных карликов — четыре планеты. Но они все крупноваты, у них радиус больше двух радиусов Земли. Скорее всего, они слишком велики для возникновения жизни земного типа. Но, в принципе, если не ставить ограничения, что радиус планеты должен быть соизмерим с радиусом Земли, остается Kepler-442 b (примерно 70% земной инсоляции), Kepler-62 f и Kepler-62 e (инсоляция около 40% земной), Kepler-186 f. Они вращаются вокруг оранжевых и красных карликов. Поэтому с точки зрения поисков двойника Земли на сегодняшний день данные «Кеплера» вызывают пессимизм. Оказалось, очень трудно найти планеты у звезд типа Солнца в том диапазоне, в котором работает «Кеплер». И даже то, что нашли, очень спорно.

Рис. 3. Потенциально обитаемые планеты, обнаруженные «Кеплером» (по версии NASA)
Рис. 4. Потенциально обитаемые планеты, обнаруженные «Кеплером» (по версии NASA)

— По-моему, «Кеплер» видит 1/400 часть неба. И он видит 1/100 или 1/200 часть планет просто из-за проекций. Он видит только транзитные планеты. Получается потеря уже 4,5 порядка величины. Кроме того, он не видит долгие периоды, потому что проработал недолго. Нужно же набрать статистику для маленьких планет. И, насколько я помню, Джеф Марси с двумя молодыми ребятами пришел к выводу, что примерно 15% звезд типа Солнца имеют земли в зоне обитаемости. Тогда по статистике ближайшая к нам обитабельная планета расположена в пределах 15–20 световых лет от Земли. Потом были опубликованы более оптимистические расчеты, но я больше верю Джефу Марси. Допустим, он прав. Вопрос: как найти эту планету? И можно ли ее вообще найти современными средствами? Что вы думаете по этому поводу?

— Это зависит от того, на каком расстоянии она находится. Даже по данным «Кеплера» еще не перебрали всех возможных звезд в ближайших окрестностях. Но если ставить такую задачу (я не думаю, что она очень логична) — выбрать звезды класса G (их действительно в окрестностях 20–30 световых лет имеется достаточно много) и внимательно, долго смотреть на каждую из них в надежде увидеть (скорее всего, методом транзитов) прохождение землеподобной планеты (хотя, сами понимаете, смотреть год в одну точку достаточно сложно), то есть шанс что-нибудь найти. Я думаю, интерес к этим вопросам так велик, что и такими задачами будут заниматься…

Ну и что? Найдем мы у солнцеподобной звезды землеподобную планету в обитаемой зоне. Если она находится на расстоянии 20 световых лет, как вы сейчас оценили (хотя я думаю, что это очень оптимистичная оценка), ее еще как-то можно исследовать, направив на нее телескоп «Джеймс Уэбб» и, может быть, в будущем попытаться что-то разглядеть, используя новые телескопы, например «Нэнси Роман», которые будут иметь возможность с помощью микролинзирования увидеть какие-то дополнительные детали. Но стоит ли игра свеч, когда мы можем сосредоточиться на планетах у красных карликов, которые лежат ближе? На мой взгляд, не всегда неправильно искать под фонарем. Может быть, как раз под фонарем, среди многочисленных красных карликов, мы сможем отыскать какие-то биомаркеры возможной, пусть даже примитивной жизни. Самое главное — определиться с тем, что мы ищем, что мы хотим увидеть, прежде чем спорить, где искать.

Недавно у нас был большой семинар о биомаркерах возможной жизни в облачном слое Венеры, и результат получился достаточно пессимистичный. Если мы ищем органическую жизнь типа земной, тогда еще понятно, что искать, но если эта жизнь совсем другая, нужно и искать что-то в духе сказки «принеси то — не знаю что». Критерий, который предлагают специалисты: искать сложно организованные молекулы, сложно организованные структуры. В атмосфере Венеры это легко сделать, потому что мы думаем взять прямые пробы. Но как эту сложность увидеть в атмосфере другой планеты, не очень понятно. Мы всегда будем привязаны к комбинации «кислород плюс метан». Пока это лучший биомаркер, который мы можем найти, и то с большим трудом.

Интересен будет вопрос о магнитном поле. Мы как раз этим занимаемся. У нас всё чаще вспоминают слова Александра III, что у России есть только два союзника — армия и флот. Так и у экзопланеты есть только две защиты от жестких излучений и энергичных частиц — магнитное поле и атмосфера, притом что достаточно сильное магнитное поле планеты позволяет ей сохранить атмосферу, препятствуя ее обдиранию звездным ветром. Так что наличие магнитного поля может рассматриваться как необходимое (но, конечно, не достаточное) условие возникновения на планете какой-то биосферы. То есть наличие магнитного поля тоже можно рассматривать как своеобразный биомаркер.

Недавно мы рассчитали, как Земля может пережить относительно кратковременные инверсии магнитного поля, когда оно сильно слабеет. Получилось, что в глобальном смысле жизнь на Земле это выдержит благодаря сохраняющейся атмосфере, которая на масштабе времени инверсии все-таки устоит 6. Поэтому, мне кажется, сейчас главный вопрос не где искать жизнь, а какие она может оставить следы. Нужно по возможности точно сформулировать понятие биомаркера.

Что касается магнитного поля, то мы думаем, что стоит пытаться определить его наличие у планеты по характерному радиоизлучению. Известно, что Земля является очень мощным источником радиоизлучения. Если кто-то смотрит на Землю из системы Альфа Центавра, то они даже имеют шансы это излучение уловить. Конечно, будет мешать радиоизлучение Солнца, но, в принципе, у радиоизлучения Земли есть несколько характерных параметров, которые связаны с локальным магнитным полем планеты. У Земли это радиоизлучение имеет характерную километровую длину волны и называется поэтому «авроральное километровое радиоизлучение» (AKP). То есть мало найти землеподобную планету — даже для относительно спокойных звезд типа Солнца в середине его жизненного пути, не говоря уже о буйствующих красных карликах, нужно магнитное поле, которое защитит и саму планету и поможет сохраниться ее атмосфере.

Еще важно понять, есть ли в атмосфере озон. Это хорошая защита от мощных, достаточно жестких излучений в ультрафиолетовом диапазоне. Надеюсь, в этом десятилетии отправится в космос обсерватория «Спектр-УФ» — это российский флагманский проект, который готовится в Институте астрономии РАН. «Спектр-УФ» не будет конкурировать с «Джеймсом Уэббом», но в каком-то смысле дополнит его в роли отечественного «Хаббла».

— Вы сказали интересную вещь: в принципе, магнитное поле планеты можно диагностировать по циклотронной частоте. Интересно, какой диапазон частот у Земли? Наверное, спектр излучения здесь не линейный, а имеет конечную ширину?

— АКР действительно имеет довольно широкую полосу от 50 до 500 кГц, и его генерация связана с циклотронным излучением электронов, вращающихся вокруг силовых линий магнитного поля. У Земли это километровая длина волны, у Юпитера, где магнитное поле сильнее, — декаметровая. То есть характерная частота излучения дает возможность оценить величину магнитного поля планеты и, соответственно, тоже представляет собой некий маркер. Понятно, что радиоизлучение придется как-то отфильтровывать от излучения самой звезды, и мы думаем сейчас, как это можно сделать. Есть программа, которую, кстати, уже начали осуществлять наши китайские коллеги. Наверное, вы слышали: есть идея объявить обратную сторону Луны электромагнитным заповедником для радиоастрономов, устанавливать там мощные антенны и реализовывать многочисленные задачи звездной радиоастрономии. Там, в частности, уже есть неплохие шансы зафиксировать и характерные радиоизлучения экзопланет, обладающих магнитным полем. И китайцы, сумев доставить на Луну свой маленький луноход, уже развернули с его помощью небольшие антенны, т. е. фактически начали новое направление работ — лунную радиоастрономию.

— Да, интересно! Теперь по поводу метода лучевой скорости: есть ли у него перспективы? Сейчас, как я понимаю, он не дотягивает до землеподобных планет у солнцеподобных звезд. Там нужно уметь определять доплеровские сдвиги спектральных линий за счет колебаний материнских звезд со скоростями порядка 10 см/с, а сейчас, по-моему, есть только 50 см/с?

— Не всё так плохо: во многих случаях хватит и 20 см/с, и постепенно астрономы к этому приближаются.

— Это уже интересно. То есть будь Солнце в два раза легче, Землю было бы легче найти?

— Это очень трудно сделать: не только техника, но и сама природа вносит свои ограничения. Турбулентность в атмосфере звезды, внутренние конвективные движения, возмущающие поверхность, — всё это затрудняет точное определение спектрального сдвига, но астрономы различными ухищрениями неуклонно сдвигают эту границу влево.

— Тау Кита… Там, по-моему, дотянули чуть ли не до 30 см/с и нашли планеты. Не знаю, насколько можно верить, но команда вроде сильная. Там Пол Батлер участвует. И там две планеты на краях зоны обитаемости, на внутреннем и на внешнем 7. Планеты довольно тяжелые, но напрашивается еще одна планета меньшей массы посередине. Вы верите в эти результаты?

— Да. Не сразу, но поверил. Помню, сначала говорили о пяти планетах, потом одну закрыли, осталось четыре. После песни Высоцкого звезда Тау Кита стала знаковой. Когда читаешь научно-популярные лекции, всё время всплывает вопрос о возможной обитаемости этих планет. По-моему, до сих пор ничего определенного ответить нельзя, но народ удовлетворяется уже тем, что там есть несколько планет в районе зоны обитаемости.

— Возвращаясь к методу лучевых скоростей…

— Есть программа ESPRESSO. Это специальный ультрастабильный спектрограф с высоким разрешением; заявленная точность 0,1 м/с. Но реальная точность пока 0,25 м/с. ESPRESSO начал работать в 2018 году. Одно из достижений: измерена масса планеты, которая равна примерно 0,4 массы Земли. Там четыре телескопа, каждый может работать отдельно, но вместе их возможности увеличиваются. Плюс прекрасный астроклимат в той области Чили, где на горе Серро-Параналь расположен восьмиметровый телескоп VLT (Very Large Telescope). Спектральное разрешение декларируют 200 000. В общем, есть серьезные и обоснованные надежды. То есть, в принципе, этот метод имеет свое будущее, если выбрать хорошее место, сделать громадный телескоп. Но, естественно, такой здоровенный телескоп никто в космос доставить не возьмется.

Тут я хочу немножко похвастаться. Все-таки российские ученые стараются преодолеть пропасть, которая нас отделяла от Запада в области изучения экзопланет все эти годы. Грант Минобрнауки по экзопланетной тематике, полученный два года назад, был, в основном, направлен на расширение экспериментальных возможностей Специальной астрофизической обсерватории РАН на Кавказе. И сейчас коллеги декларируют, что по спектральной точности они уже приближаются к 1 м/с. Сейчас, может быть, этим никого особо не удивишь, но для нас это очень хороший результат. Уже открыто несколько новых кандидатов в экзопланеты. Поэтому появляется сдержанный оптимизм, что и в России тоже что-то можно сделать, не только в теоретической области (где и раньше всё было на неплохом уровне), но и на уровне эксперимента.

— Может быть, как раз у метода лучевой скорости большее будущее, чем у метода транзитов? Все-таки смотрите: фактор — сотня (или несколько десятков из-за ориентации транзитов). Методу лучевой скорости доступно в сто раз больше планет…

— 1/200 вероятность.

— Это для земель, да, а для планет с меньшей орбитой — чуть побольше. Может быть, как раз у метода лучевой скорости будущее более интересное? Как вы думаете?

— Мне кажется, сейчас предел достигнут. Трудно представить, что в обозримом будущем, даже громадными усилиями, как в случае проекта ESPRESSO, удастся сильно повысить точность. Где-то до 10 см/с они рано или поздно дотянут. И, в принципе, этого достаточно для решения многих интересующих нас задач. Меркурий мы, наверное, не найдем, но если отыщем новые землеподобные планеты — уже будет радость.

Что же касается метода транзитов… Почему он меня больше волнует? За счет трансмиссионной спектроскопии (измерения глубины транзита в зависимости от длины волны) все-таки можно пытаться изучать состав экзопланетной атмосферы, т. е. уже сделать следующий принципиальный шаг: приблизиться к пониманию того, что делается на самой планете. Возможности постоянно будут возрастать. Уже «Джеймс Уэбб» при концентрации на экзопланетной тематике способен добиться очень многого. Если поставить перед ним такую задачу, он может фактически изучить присутствие в атмосфере почти всех газов, но ему понадобится для этого сотня или того больше транзитов, и это займет слишком много наблюдательного времени — столько просто не выделят, ведь есть множество других чисто астрофизических проблем. Но теоретически это возможно уже сейчас. В общем, просветы атмосфер при транзитах, как я надеюсь, позволят найти если и не биомаркеры в общепринятом смысле, то привлекательные комбинации характеристических газов.

Кстати, тоже в плане курьеза: одна из задач «Джеймса Уэбба», сформулированных на сайте проекта, — искать в атмосферах газы, которые не могут возникнуть естественным путем. Например, фреоны. То есть, раз уж цивилизация появилась, без холодильников она не обойдется.

И еще я вижу большое будущее у метода микролинзирования. Он дает то, что нельзя увидеть другими методами: холодные несветящиеся объекты, маломассивные планеты уже за снеговой линией. Планируется запустить в 2025 году, на гало-орбиту, в любимую точку L2, космический телескоп имени Нэнси Роман. Главный инструмент — очень мощная широкоугольная камера в видимом и инфракрасном диапазоне. Она по параметрам в сто раз лучше «Хаббла». Есть и другие приборы. У этого телескопа будут большие возможности. Микролинзирование, мне кажется, станет важнейшим инструментальным методом и откроет новые горизонты.

— В общем, впечатление, что экзопланетная наука имеет достаточно хорошее будущее в обозримой перспективе. Буквально в ближайшие годы мы что-то интересное наверняка получим.

— Да, безусловно. Экзопланетные открытия стали спасением для многих теоретиков во всем мире, включая Россию, потому что они получили громадный простор для развития самых разных, даже совершенно экзотических моделей. Открытие экзопланет заставило совершенствовать спектральное разрешение и резко повысить чувствительность приборов. Это спасло от стагнации и часть наблюдательной астрономии.

— Это приятно слышать. Здесь довольно большое отличие от гамма-астрономии и рентгеновской астрономии, где, по-моему, наблюдается некоторая стагнация, даже не в методах, а в понимании. А здесь, по-моему, стагнацией и не пахнет, слава тебе господи.

— Да, чувствуется, что в гамма-астрономии нужно сделать следующий шаг. Но так в любой науке. Всё развивается сначала бурно, потом наступает стагнация, потом возможен новый виток. Сейчас экзопланетная наука на подъеме. Но когда методы наблюдений достигнут предела, романтическая эпоха «великих географических открытий» закончится и встанет вопрос: а что, собственно, дальше делать с этим открывшимся для нас новым миром внесолнечных планетных систем? Благодаря этой эпохе мы, несомненно, многократно улучшим понимание происхождения и эволюции нашей Солнечной системы, но желание добраться хотя бы до ближайшей, но другой планетной системы будет становиться всё более сильным. К сожалению, все фантастические проекты толкаемых лазером зондов — только трата денег. Наверное, когда-то человечество решится добраться и до ближних экзопланет. Если бы мы жили в реальности «Туманности Андромеды», коммунистическое человечество, конечно, послало бы уже в нашем веке аппарат к Проксиме Центавра и спокойно бы пару столетий дожидалось его возвращения. Но сейчас я таких возможностей не вижу. Даже богатая Америка не решится думать на двести лет вперед. Впрочем, есть одна страна, становящаяся всё более богатой, люди которой умеют долго и терпеливо ждать… Вы, наверное, догадались, о ком я говорю. Ну, а мы будем пока изучать экзопланеты с Земли или из точки Лагранжа.

— Спасибо! Впечатление сложилось самое благоприятной об этой науке.

— Спасибо за вопросы! И в заключение я хотел поблагодарить Владиславу Ананьеву, которая помогла мне при подготовке материалов для нашего интервью.


1 exoplanets.nasa.gov

2 trv-science.ru/2016/09/est-li-zhizn-u-proxima-centauri/

3 Ананьева В. И., Иванова А. Е., Шашкова И. А., Яковлев О. Я., Тавров А. В., Кораблёв О. И., Берто Ж.-Л. Распределения экзопланет по массе и орбитальному периоду с учетом наблюдательной селекции метода измерения лучевых скоростей. Доминирующая (усредненная) структура планетных систем. Принято в «Астрономический журнал».

4 Mordasini C. (2018). Planetary Population Synthesis. In: Deeg H., Belmonte J. (eds) Handbook of Exoplanets. Springer, Cham. doi.org/10.1007/978-3-319-55333-7_143

5 Petigura E. A., Howard A. W., Marcy G. W. (2013) Prevalence of Earth-size planets orbiting Sun-like stars // Proceedings of the National Academy of Sciences, 110 (48). 19273–19278.
DOI
: 10.1073/pnas.1319909110

6 Царёва О., Зелёный Л., Малова Х. и др. Что ожидает человечество при инверсии магнитного поля Земли? // УФН, 188, № 2, 2018.

7 trv-science.ru/2018/04/v-dalekom-sozvezdii-tau-kita/

Подписаться
Уведомление о
guest

2 Комментария(-ев)
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
Ernest
Ernest
17 дней(-я) назад

Нас защищает атмосфера по всей поверхности, но об атмосфере мало сказано, нет и о предложениях как именно ее наблюдать.
На Венере нет магнитного поля, она легче, ближе к звезде, имеет атмосферу толще. Где бы почитать, почему так? И почему обсуждается магнитное поле, а не проще наблюдаемая атмосфера.
Предположу, что для жизни нужна развитая атмосфера, которая сохраняется миллиарды лет, имеет известную температуру внизу. В этом смысле: при чем магнитное поле? Есть ли статья ровно об этом?

Ernest
Ernest
17 дней(-я) назад

Надолго планируют не в Китае, а в Европе и США. Потому летали аж на Титан. Китай же страна догоняющего развития на грани кризиса: политического, экономического, популяционного. На основе 30 лет их развития не стоит делать вековые экстраполяции. Как квалифицированный исследователь ответственно поправляю.

Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (4 оценок, среднее: 4,25 из 5)
Загрузка...