«В далеком созвездии Тау Кита…»

Где нахо­дит­ся бли­жай­шая к нам пла­не­та, при­год­ная для зем­ной жиз­ни? Автор дан­ной замет­ки в сво­ей кни­ге «Ков­чег 47 Либ­ра» поме­стил ее на рас­сто­я­ние 60 све­то­вых лет. Оцен­ка была сде­ла­на «в лоб» по дан­ным «Кепле­ра». Ока­за­лось, что эта вели­чи­на силь­но завы­ше­на.

Так, Эрик Пети­гу­ра, Энд­рю Говард и Джеф Мар­си (Erik A. Petigura, Andrew W. Howard, Geoffrey W. Marcy, [1]) изме­ри­ли веро­ят­ность того, что пла­не­та зем­но­го типа у звез­ды типа Солн­ца будет най­де­на в дан­ных кос­ми­че­ской обсер­ва­то­рии «Кеплер». По их рас­че­там, такая веро­ят­ность состав­ля­ет все­го лишь поряд­ка про­цен­та (может быть, двух-трех), ведь «Кеплер» про­ра­бо­тал по основ­ной про­грам­ме слиш­ком недол­го, что­бы уве­рен­но выде­лять сла­бый сиг­нал от дале­ких земель. Поэто­му дале­ких земель гораз­до боль­ше, чем под­ра­зу­ме­вал автор, и бли­жай­шая нахо­дит­ся все­го в 15–17 све­то­вых годах от нас. Дру­гие авто­ры под­твер­ди­ли эту оцен­ку и даже чуть подви­ну­ли ее в сто­ро­ну боль­ше­го опти­миз­ма.

Но где имен­но нахо­дит­ся эта пла­не­та? Все звез­ды типа Солн­ца на таком рас­сто­я­нии пре­крас­но вид­ны нево­ору­жен­ным гла­зом и дав­но поиме­но­ва­ны. У кото­рой из них есть пла­не­та, при­год­ная для зем­ной жиз­ни? Смо­жем ли мы най­ти ее в обо­зри­мое вре­мя?

«Вот, двигаясь по световому лучу…»

Напом­ним, что боль­шая часть экзо­пла­нет была обна­ру­же­на дву­мя спо­со­ба­ми: мето­дом ради­аль­ной (луче­вой) ско­ро­сти и мето­дом тран­зи­тов. Пер­вый метод — он и исто­ри­че­ски был пер­вым, так как пер­вые пла­не­ты были откры­ты с его помо­щью. В этом слу­чае иссле­до­ва­те­ли ищут сла­бые пери­о­ди­че­ские коле­ба­ния ско­ро­сти звез­ды по лучу зре­ния: если вокруг звез­ды вра­ща­ет­ся пла­не­та, звез­да тоже вра­ща­ет­ся вокруг обще­го с пла­не­той цен­тра тяже­сти. Поэто­му ско­рость звез­ды, изме­ря­е­мая по до-пле­ров­ско­му сме­ще­нию спек­траль­ных линий, моду­ли­ру­ет­ся вра­ще­ни­ем пла­не­ты.

Когда в 1995 году откры­ли первую экзо­пла­не­ту у звез­ды типа Солн­ца, чув­стви­тель­ность мето­да была чуть луч­ше деся­ти мет­ров в секун­ду. Со вре­ме­нем она была дове­де­на до мет­ра в секун­ду, даже чуть луч­ше. Юпи­тер наво­дит на Солн­це дви­же­ние со ско­ро­стью 10 м/​с, что лег­ко изме­ря­ет­ся. Зем­ля — все­го 10 сан­ти­мет­ров в секун­ду, что выгля­дит без­на­деж­ным для ее обна­ру­же­ния этим мето­дом.

Вто­рой метод более чув­стви­те­лен, но очень изби­ра­те­лен. Он рабо­та­ет, если пове­зет: плос­кость орби­ты пла­не­ты долж­на про­хо­дить через луч зре­ния меж­ду наблю­да­те­лем и звез­дой. Тогда пла­не­та для наше­го наблю­да­те­ля будет пере­се­кать диск звез­ды, немно­го затме­вая ее. В этом слу­чае она назы­ва­ет­ся тран­зит­ной.

Соот­вет­ству­ю­щая веро­ят­ность для Зем­ли с точ­ки зре­ния уда­лен­но­го наблю­да­те­ля — 1200. Если пла­не­та бли­же к звез­де, то веро­ят­ность боль­ше: она рав­на отно­ше­нию ради­у­са звез­ды к ради­у­су орби­ты. Зато если повез­ло, и пла­не­та тран­зит­ная, то она вид­на с огром­ных рас­сто­я­ний (до двух тысяч све­то­вых лет), даже если она не боль­ше Зем­ли. Зем­ля затме­ва­ет Солн­це для дале­ко­го наблю­да­те­ля все­го лишь на одну деся­ти­ты­сяч­ную, но это пре­крас­но изме­ря­ет­ся, если дождать­ся несколь­ких таких затме­ний. Более того, есть надеж­да обна­ру­жить атмо­сфе­ры у мно­гих тран­зит­ных пла­нет.

Но напом­ним, что метод тран­зи­тов рабо­та­ет лишь очень изби­ра­тель­но. Бли­жай­шей систе­мой, кото­рую иссле­до­ва­те­лям повез­ло обна­ру­жить, была TRAPPIST-1 (см. [2]), крас­ный кар­лик в 40 све­то­вых годах. Рядом с ней обна­ру­же­но сра­зу 7 пла­нет зем­но­го типа, из кото­рых три нахо­дят­ся в зоне оби­та­е­мо­сти. Увы, крас­ный кар­лик — совсем не лас­ко­вая для жиз­ни звез­да (см. [2]). Но откры­тие всё рав­но раду­ет, суля мно­го пла­нет, хоро­ших и раз­ных, в бли­жай­шей окрест­но­сти. Если уж речь зашла о крас­ных кар­ли­ках, то для них метод луче­вой ско­ро­сти может выявить и неболь­шие пла­не­ты в зоне оби­та­е­мо­сти. Во-пер­вых, в этом слу­чае звез­да лег­че, во-вто­рых, зона оби­та­е­мо­сти гораз­до у́же, ведь пла­не­та дви­жет­ся быст­рее. И этот метод сра­бо­тал для бли­жай­шей звез­ды — Прок­си­мы Цен­тав­ра. В 2016 году у нее обна­ру­жи­ли пла­не­ту с мас­сой, близ­кой к мас­се Зем­ли, кото­рая полу­ча­ет при­мер­но столь­ко же теп­ла, как и Зем­ля.

Увы, Прок­си­ма Цен­тав­ра — тот же крас­ный кар­лик, при­чем очень актив­ный: его рент­ге­нов­ские вспыш­ки реги­стри­ру­ют­ся орби­таль­ны­ми обсер­ва­то­ри­я­ми. В дан­ном слу­чае луче­вые коле­ба­ния ско­ро­сти звез­ды — ±1,7 м/​с, во мно­го раз боль­ше, чем для зем­ле-подоб­ной пла­не­ты в зоне оби­та­е­мо­сти сол­неч­но­по­доб­ной звез­ды. Увы, пер­спек­ти­вы жиз­ни на такой пла­не­те весь­ма при­зрач­ны.

Вско­ре нашли еще одну близ­кую зем­ле­по­доб­ную пла­не­ту у крас­но­го кар­ли­ка Ross 129 за 11 све­то­вых лет от нас. В этом слу­чае звез­да спо­кой­ней в плане вспы­шек, но у крас­но­го кар­ли­ка есть и дру­гие зло­вред­ные свой­ства.

Вполне есте­ствен­но, что бли­жай­шие наход­ки по части экзо­пла­нет будут свя­за­ны с крас­ны­ми кар­ли­ка­ми. Поми­мо того что их пла­не­ты лег­че наблю­дать, крас­ных кар­ли­ков на поря­док боль­ше, чем звезд клас­са Солн­ца. Сло­жи­лось впе­чат­ле­ние, что в бли­жай­шее вре­мя кол­лек­ция близ­ких и ско­рее все­го бес­плод­ных экзо­пла­нет у крас­ных кар­ли­ков попол­нит­ся и най­дут­ся пер­спек­тив­ные пла­не­ты где-нибудь под сот­ню све­то­вых лет от нас. А близ­кие зем­ли, при­год­ные для оби­та­ния, оста­нут­ся неве­до­мы­ми до наступ­ле­ния неопре­де­лен­ных луч­ших вре­мен, когда люди научат­ся делать и смо­гут финан­си­ро­вать кос­ми­че­ские интер­фе­ро­мет­ры.

«Ужасно повысилось знанье»

Рис 1. Лучевые скорости звезды, приведенные к фазам каждого периода. Данные показаны маленькими серыми точками, усредненные значения — жирными

Рис 1. Луче­вые ско­ро­сти звез­ды, при­ве­ден­ные к фазам каж­до­го пери­о­да. Дан­ные пока­за­ны малень­ки­ми серы­ми точ­ка­ми, усред­нен­ные зна­че­ния — жир­ны­ми

Тем вре­ме­нем метод луче­вой ско­ро­сти не сто­ял на месте. Во-пер­вых, было до пре­де­ла усо­вер­шен­ство­ва­но обо­ру­до­ва­ние. Один из луч­ших инстру­мен­тов, уже дав­но достиг­ший точ­но­сти 1 м/​с, HARPS (High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher), мно­го лет исполь­зу­ет­ся в Южной евро­пей­ской обсер­ва­то­рии (ESO). Спек­тро­метр рабо­та­ет с 2002 года, и всё, что он изме­ря­ет, ложит­ся в архив.

Поиск экзо­пла­нет уже дав­но, по боль­шей части, пре­вра­тил­ся в архив­ные рас­коп­ки. Так, несколь­ко лет назад груп­па англий­ских и аме­ри­кан­ских иссле­до­ва­те­лей нача­ла «ата­ку» на бли­жай­шую к нам оди­ноч­ную звез­ду типа Солн­ца, вос­пе­тую Высоц­ким и став­шую куль­тур­ным мемом, — Тау Кита. Она чуть помень­ше Солн­ца (0,7 по мас­се и 0,5 по све­ти­мо­сти), чуть стар­ше (5,8 млрд лет, но и жить будет доль­ше) и спо­кой­ней. Пла­нет-гиган­тов у Тау Кита нет, по край­ней мере на орби­тах с не слиш­ком боль­шим пери­о­дом обра­ще­ния.

Коман­да исполь­зо­ва­ла архив­ные дан­ные HARPS с 2002 по 2013 год — всё это вре­мя про­во­ди­лись регу­ляр­ные наблю­де­ния Тау Кита. За эти годы сня­то 9000 спек­тров. Были архи­ви­ро­ва­ны не исход­ные спек­тры, а резуль­та­ты их обра­бот­ки, содер­жа­щие зна­че­ния луче­вой ско­ро­сти, вычис­лен­ные по раз­ным интер­ва­лам спек­тра, а так­же раз­но­об­раз­ная допол­ни­тель­ная инфор­ма­ция. Как уже ска­за­но, точ­ность мето­да — око­ло мет­ра в секун­ду, но это если дей­ство­вать «в лоб». На самом деле точ­ность огра­ни­чи­ва­ет не спек­тро­метр, а «шум» звез­ды — ее бур­ле­ние, вра­ще­ние, вспыш­ки и тому подоб­ное.

Глав­ное, что уда­лось сде­лать иссле­до­ва­те­лям, — хоро­шо изу­чить этот шум по архив­ным дан­ным и создать «модель фона» (в двух вари­ан­тах), кото­рая поз­во­ля­ет, по утвер­жде­нию авто­ров, достичь точ­но­сти 20 см/​с. Это уже близ­ко к завет­ным 10 см/​с, когда кося­ком пой­дут насто­я­щие зем­ли. Впро­чем, и на уровне 20 см/​с может най­тись нема­ло «оби­та­бель­ных пла­нет», а систе­ма Тау Кита — как раз такой слу­чай.

Пер­вые обна­де­жи­ва­ю­щие резуль­та­ты по Тау Кита были полу­че­ны еще в 2013 году [3]. Тогда в архив­ных дан­ных нашли ука­за­ние на 5 пла­нет с мас­са­ми боль­ше зем­ной, но не настоль­ко боль­ши­ми, что­бы выско­чить за пре­де­лы клас­са земель. Их пери­о­ды обра­ще­ния, соглас­но пер­вым резуль­та­там, — 14, 35, 94, 168 и 642 дня. Мас­сы были опре­де­ле­ны пло­хо, точ­но мож­но было ска­зать лишь то, что все кан­ди­да­ты в пла­не­ты замет­но тяже­лей Зем­ли.

С тех пор коман­да вырос­ла, мето­ды обра­бот­ки дан­ных усо­вер­шен­ство­ва­ны, и в про­шлом году были опуб­ли­ко­ва­ны новые резуль­та­ты рабо­ты иссле­до­ва­те­лей [4]. Суще­ство­ва­ние пла­нет с пери­о­да­ми 14, 35 и 94 дня не под­твер­ди­лось. Зато суще­ство­ва­ние пла­нет с пери­о­да­ми 168 и 642 дня под­твер­ди­лось на более высо­ком уровне досто­вер­но­сти (пери­о­ды немно­го сдви­ну­лись).

Най­де­ны пла­не­ты с новы­ми пери­о­да­ми в 20 и 49 дней, и тоже с хоро­шей досто­вер­но­стью. Мас­сы пла­нет опре­де­ле­ны гораз­до луч­ше. Прав­да, коман­дой изме­ря­ет­ся не мас­са, а ком­би­на­ция M sin(i), где i — угол меж­ду осью орби­ты и лучом зре­ния, то есть мини­маль­ная мас­са. Зна­че­ния мини­маль­ных масс обна­ру­жен­ных пла­нет тако­вы: 1,7; 1,8; 3,9; 3,9 зем­ной мас­сы. Ошиб­ки колеб­лют­ся в пре­де­лах от 0,3 до 1,3 мас­сы Зем­ли.

Мож­но ли счи­тать эти резуль­та­ты абсо­лют­но надеж­ны­ми и окон­ча­тель­ны­ми? Ста­ти­сти­че­ская зна­чи­мость выше­пе­ре­чис­лен­ных пери­о­дов высо­кая, но в спек­тре мощ­но­сти кри­вой блес­ка Тау Кита вид­ны и дру­гие зна­чи­мые пики. Это в первую оче­редь свя­за­но с так назы­ва­е­мой про­бле­мой «али­а­син­га» — из-за дис­крет­но­сти наблю­де­ний воз­ни­ка­ют арте­фак­ты, ими­ти­ру­ю­щие пери­о­ди­че­ский сиг­нал. Напри­мер, есть еще пик на 1000 днях, кото­рый авто­ры ста­тьи счи­та­ют али­а­син­гом 640-днев­но­го пика. В общем, рабо­та иссле­до­ва­те­лей долж­на быть про­дол­же­на, при­чем с новы­ми дан­ны­ми, но надеж­да, что суще­ство­ва­ние опи­сан­ных выше пла­нет под­твер­дит­ся, доста­точ­но высо­ка.

«На Тау Ките условья не те?»

Рис.2. Сравнительная схема систем Тау Кита и Солнечной. Зеленым тоном показаны зоны обитаемости (весьма условные)

Рис.2. Срав­ни­тель­ная схе­ма систем Тау Кита и Сол­неч­ной. Зеле­ным тоном пока­за­ны зоны оби­та­е­мо­сти (весь­ма услов­ные)

На рисун­ке изоб­ра­же­ны пла­нет­ные систе­мы Тау Кита и Солн­ца по отно­ше­нию к зоне оби­та­е­мо­сти звезд. Зона оби­та­е­мо­сти, конеч­но, поня­тие услов­ное — кли­мат на пла­не­те силь­но зави­сит от ее атмо­сфе­ры. В цити­ру­е­мой рабо­те обсуж­де­ние «оби­та­бель­но­сти» пла­нет све­де­но к мини­му­му. Пла­не­та e полу­ча­ет при­мер­но столь­ко же теп­ла, сколь­ко Вене­ра (кото­рая, воз­мож­но, годи­лась для оби­та­ния, пока не про­изо­шла пар­ни­ко­вая ката­стро­фа).

В свою оче­редь, пла­не­та f — столь­ко же, сколь­ко Марс (кото­рый, веро­ят­но, был при­го­ден для жиз­ни, пока не поте­рял почти всю атмо­сфе­ру). Меж­ду ними напра­ши­ва­ет­ся еще одна мень­шей мас­сы — тогда это была бы Зем­ля соб­ствен­ной пер­со­ной. Сто­ит ли заклю­чать пари? Не знаю, но в любом слу­чае ждать отве­та при­дет­ся дол­го.

С наи­боль­шей веро­ят­но­стью для жиз­ни под­хо­дит пла­не­та f. Столь тяже­лая пла­не­та долж­на обла­дать доста­точ­но тол­стой атмо­сфе­рой с пар­ни­ко­вым эффек­том, кото­рый спо­со­бен сде­лать ее более госте­при­им­ной, чем ран­ний Марс, на кото­ром тек­ли реки, впа­да­ю­щие в моря.

Но и у Тау Кита есть отяг­ча­ю­щее обсто­я­тель­ство, хотя и не столь фаталь­ное, как у крас­ных кар­ли­ков. Изме­ре­ния, сде­лан­ные суб­мил­ли­мет­ро­вым интер­фе­ро­мет­ром ALMA, пока­за­ли, что вокруг звез­ды доволь­но мно­го пыли — пыле­вой пояс рас­про­стер­ся от при­мер­но 10–20 до 60–70 аст­ро­но­ми­че­ских еди­ниц. Пыли там на поря­док боль­ше, чем в Сол­неч­ной систе­ме. Сама по себе пыль без­вред­на, но где она, там и асте­ро­и­ды, кото­рых полу­ча­ет­ся тоже суще­ствен­но боль­ше, чем у нас. Это чем-то похо­же на наш пояс Кой­пе­ра, толь­ко более плот­ный и под­хо­дя­щий бли­же к звез­де.

В этом слу­чае пла­не­ты будут силь­ней бом­бар­ди­ро­вать­ся, а тамош­ние дино­зав­ры — часто выми­рать. Но здесь опять важ­ны неиз­вест­ные обсто­я­тель­ства. Како­ва «энтро­пия» тамош­не­го поя­са Кой­пе­ра? Ины­ми сло­ва­ми — насколь­ко он дина­ми­че­ски релак­си­ро­ван, насколь­ко вытя­ну­ты орби­ты и каков раз­брос накло­не­ний из орбит? Навер­ня­ка на эту тему уже есть или ско­ро появят­ся оцен­ки.

Борис Штерн,
вед. науч. сотр. Инсти­ту­та ядер­ных иссле­до­ва­ний РАН, главред ТрВ-Нау­ка

P. S. Пес­ню Высоц­ко­го, стро­ки из кото­рой исполь­зо­ва­ны в каче­стве заго­лов­ков, мож­но послу­шать здесь.

1. arxiv.org/abs/1311.6806

2. Штерн Б. Е. Надеж­да… на экзо­пла­нет­ную жизнь /​/​ ТрВ-Нау­ка, № 223 от 28 фев­ра­ля 2017 года

3. Tuomi M., Jones H. R. A., Jenkins J. S., et al. 2013 /​/​ A&A, 551, A79.

4. Feng F., Tuomi M., Jones H. R. A., Barnes J. , Anglada-Escudé G., Vogt S. S., and Butler R. P. /​/​ The Astronomical Journal. Volume 154, Number 4. 05.09.2017.

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

Связанные статьи

Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (7 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...
 
 

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

 

3 комментария

  • Владимир Аксайский:

    Ста­тья понра­ви­лась – как все­гда, Борис Штерн пишет увле­ка­тель­но, доход­чи­во.
    Мне нра­вит­ся такая логи­ка: галак­ти­че­ская ячей­ка для Жиз­ни – это аст­ро­сфе­ра, пузырь звёзд­но­го вет­ра, мини­маль­ное рас­сто­я­ние меж­ду Жиз­ня­ми – сред­ний диа­метр пузы­ря. Мне любо­пыт­ны сооб­ра­же­ния о пыле­вых, асте­ро­ид­ных поя­сах. Харак­тер­ный при­знак любой жиз­ни – защит­ные обо­лоч­ки, коко­ны – т.е. веро­ят­ность Жиз­ни выше в пузы­рях с пыле­вы­ми, асте­ро­ид­ны­ми поя­са­ми. :)

    • Alex:

      «в кос­мо­се нава­лом
      голу­бых пла­нет
      но такой как наша
      не было и нет»
      (из сети)

  • Юрий Кирпичев:

    Да, пла­не­та f, будучи мас­сив­ной, вполне может быть не столь холод­ной, как Марс. Но как же без пла­нет-гиган­тов, этих защит­ни­ков, пере­хва­ты­ва­ю­щих асте­ро­и­ды? Тем более в столь запы­лен­ной систе­ме?

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

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