На что похожа планета земля
В нашей галактике миллиарды землеподобных планет. Почему мы не можем их найти?
С 2009 года космический телескоп Кеплер постоянно наблюдал за примерно 200 000 звезд в нашем уголке Млечного Пути. Он искал места, где может существовать жизнь — путем определения небольших каменистых планет в умеренных теплых зонах желтых солнц и выясняя, насколько особенной является Земля в «великой схеме вещей». И хотя эта миссия произвела революцию в изучении экзопланет, ее основные цели остались в основном невыполненными. Механическая неисправность прервала первоначальное исследование Кеплера в 2013 году. Позже астрономы обнаружат только одну похожую на Землю планету в собранных телескопом данных.
Десять лет спустя исследователи, наконец, приблизились к ответам на некоторые поставленные Кеплером вопросы. Планеты земного типа, вероятно, редки, но не слишком. Примерно у каждого пятого желтого карлика может быть одна, согласно новому анализу данных с телескопа, опубликованному в Астрономическом журнале. Если выводы исследователей верны, это означает, что Млечный Путь может быть домом для почти 6 миллиардов земель. И все же из 4000 вероятных экзопланет, которые обнаружил Кеплер, только одна максимально похожа на нашу родную планету. Так где же остальные?
«[Действительно похожие на Землю планеты] сами по себе не прячутся, просто чувствительность наших телескопов еще недостаточно высока, [чтобы найти их]», — говорит Дирк Шульце-Макух, астробиолог из Технического университета в Берлине, который не был связан с новым исследованием. Если астрономы захотят найти Землю 2.0, исследования, вычисляющие частоту встречаемости таких миров, дадут будущим телескопам лучшие шансы на успех.
В современном контексте экзопланет выражение «похожая на Землю» не обязательно подразумевает бледно-голубую точку. С точки зрения телескопа, нет никакой точки вообще — просто случайное затемнение звезды, когда планета проходит по ее диску, блокируя крошечную часть света от нее. И все же из этих мерцаний исследователям удается извлечь несколько ключевых фактов. Например, мерцания с большой амплитудой указывают на гигантские планеты. А частые затемнения — это признак планеты на быстрой орбите недалеко от звезды. Экзопланета считается похожей на Землю, если эти характеристики помещают ее в так называемую обитаемую зону звезды — «райскую» полосу орбит, где быстрые расчеты предполагают, что тепло звезды позволит воде оставаться жидкой.
Художественное изображение телескопа Кеплер.
Мишель Кунимото, ученый-планетолог, руководившая недавним анализом, вывела характеристики экзопланеты, которые должны выполняться, чтобы она была похожа на Землю. Итак, этот инопланетный мир должен иметь размеры от 3/4 до 1.5 от земного и вращаться вокруг звезды G-типа (желтый карлик) на расстоянии от 0.99 до 1.7 от нашего орбитального расстояния. В нашей Солнечной системе только Земля удовлетворяет всем этим критериям: Марс слишком мал, а Венера вращается слишком близко к Солнцу.
Миры, удовлетворяющие всем трем условиям, почти наверняка существуют, как предполагает работа Кунимото, которая принесла ей докторскую степень в Университете Британской Колумбии. Но их трудно заметить. Затемнение диска звезды от маленьких планет трудно увидеть. Кроме того, они могут проходить перед своим солнцем только один раз в несколько сотен дней — а астрономам нужно по крайней мере три прохода, чтобы уверенно заявить об обнаружении. Что еще хуже, желтые карлики вообще редки и составляют всего 7% от 400 миллиардов звезд Млечного Пути. Подавляющее большинство светил нашей галактики — это тусклые красные карлики, которые могут стерилизовать близлежащие планеты смертоносными вспышками излучения.
Увы, планировщики миссии «Кеплер» не знали об этом при запуске телескопа, однако в любом случае у него практически не было шансов удачно завершить свой поиск. Чтобы обнаружить три транзита медленных планет, вращающихся вокруг внешнего края обитаемых зон их солнц, телескоп должен постоянно смотреть на один и тот же участок неба в течение более семи лет. Но его позиционирующий механизм сломался после четырех лет работы — этого едва хватает, чтобы найти планеты во внутренней части обитаемых зон похожих на Солнце звезд.
Более того, Кеплер был спроектирован с учетом нашего Солнца. Но наша звезда оказалась особенной во многих отношениях. «Солнце имеет тенденцию быть довольно спокойным», — говорит Кунимото, в то время как звезды, обнаруженные Кеплером, были в основном куда более бурными. «По сути, найти планеты, похожие на Землю, намного сложнее, чем ожидали разработчики миссии».
Участок небесной сферы, отслеживаемый Кеплером, и сектор обзора телескопа по отношению к нашей Галактике.
Космический телескоп оставил после себя огромный научный талмуд, в котором описываются тысячи экзопланет — в основном это горячие гиганты, сравнимые по размеру с Юпитером, обнимающие своих звезд-хозяев. Такие планеты, очевидно, проще всего обнаружить — они ощутимо снижают яркость своих светил и совершают оборот вокруг них временами за считанные дни. Но изредка попадались и менее экзотические миры — например, планета Kepler 452b всего на 10% больше Земли и имеет год, который всего на три недели длиннее нашего.
Новая работа основана на методе, разработанном Дэнли Хсу, астрономом из Пенсильванского университета, в 2018 году. Ранее многие исследователи предполагали, что в космосе будет равномерное распределение размеров планет и их орбит, но по мере роста количества обнаруженных экзопланет некоторые виды миров кажутся более распространенными, чем другие. Например, среди планет с годами короче 100 земных дней многие из них на 50% больше Земли, некоторые больше на 150%, но лишь немногие вдвое больше нашей планеты.
Чтобы учесть эти необъяснимые странности, Хсу и Кунимото разбили данные Кеплера на множество различных категорий размеров и орбит, и проанализировали их все более независимым образом. Кунимото пошла еще дальше и составила свой собственный список кандидатов на экзопланеты, не полагаясь на официальный каталог.
В конце концов, Кунимото рассчитала, что планета, похожая на Землю, может вращаться примерно вокруг каждой пятой звезды, похожей на Солнце. Однако она подчеркивает, что эта цифра представляет собой верхнюю границу, и что землеподобные миры вполне могут встречаться несколько реже. Кунимото признает, что эта цифра немного грубовата, но она ощутимо снижает ранее опубликованные широкие диапазоны, которые предполагают от одной земли на пятьдесят солнц до двух земель, вращающихся вокруг каждого солнца.
Художественное изображение планеты Kepler 452b, очень похожей на Землю.
Шульце-Макух называет эту оценку «разумной» и говорит, что такого рода исследования дают нам ценный взгляд, способствующий появлению ответов на другие фундаментальные вопросы, такие как «является ли наша Солнечная система типичной для Млечного пути, или же это своего рода космическая причуда». Однако он предостерегает от того, чтобы дать волю своему воображению, когда галактики заполняются миллиарды зеленых планет с пушистыми облаками. Критерии, накладывающие ограничения на орбиту, размер планеты и тип звезды, мало говорят о том, имеют ли эти миры плотную атмосферу и магнитное поле, а также воду и материалы, необходимые для возникновения жизни.
Оценка, полученная Кунимото, также может повлиять на формирование будущих космических миссий и дать им больше шансов в нахождении экзопланет, похожих на Землю. Чем чаще встречаются такие миры, тем больше планировщиков миссий будут сосредотачиваться на разработке инструментов, которые изучают конкретно экзопланеты земного типа.
Шульце-Макух также надеется, что космические телескопы будущего будут нести «звездные тени» — фильтры, которые блокируют свет звезды, позволяя захватывать экзопланеты в виде отдельных пикселей на фото, изменения в цветах которых могут рассказать о сезонности или наличии ледяных шапок. Такие нововведения могут сузить представления исследователей о том, что значит быть планетой, похожей на Землю, но он предсказывает, что однозначное открытие истинной Земли 2.0, наделенной жизнью — дело далекого будущего. «Если мы просто воспользуемся технологиями, которые у нас есть сейчас», — говорит он, «окажется, что мы в световых годах от открытия».
Второй дом: какие экзопланеты похожи на Землю и почему мы их еще не заселили
Учитывая ухудшающуюся ситуацию с изменением климата и перенаселением, людям пригодился бы «запасной вариант». Сейчас открыты уже тысячи экзопланет. «Хайтек» рассказывает, какие из них больше всего похожи на Землю и почему мы пока не можем их заселить.
Читайте «Хайтек» в
В 1995 году ученые подтвердили существование первой экзопланеты — планеты, которая находится вне Солнечной системы. С тех пор астрономы обнаружили больше 2 000 таких космических объектов. Более половины открытий сделал космический телескоп НАСА «Кеплер». Его запустили в 2009 году, чтобы выяснить, насколько распространены планеты, похожие на Землю в нашей галактике. Телескоп перестал работать в 2018 году.
Столько кандидатов на звание «Земля 2.0» и ни одной потенциально пригодной для жизни планеты? Не совсем. Несколько из них НАСА считает аналогами нашего мира.
Kepler-442b
Kepler-442b — скалистая планета, которая примерно в два раза больше Земли. Она вращается вокруг умеренно горячей оранжевой карликовой звезды на расстоянии 1 120 световых лет от нас в созвездии Лиры. О существовании Kepler-442b стало известно в 2015 году, когда одноименный телескоп обнаружил, как планета проходит мимо родительской звезды.
Эта экзопланета, также известная как KOI-4742.01, находится в два раза ближе к своей звезде Kepler-442, чем Земля к Солнцу. Несмотря на то, что официально KOI-4742.01 классифицируют как суперземлю, она не очень на нее похожа. Год на экзопланете занимает 112 дней — столько ей нужно, чтобы облететь родительскую звезду. Масса KOI-4742.01 в 2,3 раза больше Земли, а радиус — в 1,34 раза.
Температура ее звезды почти вдвое ниже, чем у нашего Солнца. Обычно планеты, которые не получают достаточное количество энергии от своей звезды в правильном диапазоне длин волн, не могут поддерживать биосферу земного типа. Это не означает, что фотосинтез на Kepler-442b невозможен, но на планете не будет достаточно растений, чтобы поддерживать биосферу, как на Земле. И самая очевидная проблема — сейчас у человечества нет ресурсов, чтобы добраться до этой экзопланеты. Даже со скоростью света добираться туда придется больше тысячи лет.
ТОI-1231 b
Планета ТОI-1231 b находится на расстоянии примерно 90 световых лет от Земли и напоминает Нептун. Это газообразный мир с потенциально богатой атмосферой — это и умеренный климат делают ее возможно пригодной для жизни. NJI-1231 в 3,5 раза больше Земли, планета жаркая по земным стандартам — постоянная температура там составляет 57 °C. По космическим меркам это не так уж и много, множество экзопланет находится так близко к своим звездам, что их поверхность просто раскалена.
TOI-1231 b вращается вокруг красной карликовой звезды — она гораздо холоднее и тусклее нашего Солнца. Один оборот вокруг звезды составляет 24 дня, но планета остается относительно холодной, несмотря на близкую орбиту — она в восемь раз ближе, чем Земля к Солнцу.
Планета крупнее Земли, но немного меньше Нептуна. Поэтому астрономы, которые обнаружили ее с помощью TESS, классифицировали ее как субнептун.
Ученым еще предстоит провести анализ атмосферы небесного тела. Авторы работы отмечают, что это одна из самых доступных для атмосферных исследований планет, открытых на данный момент. Предыдущие исследования и моделирование говорят о том, что на таких прохладных планетах высоко в атмосфере могут парить облака, что тоже очень похоже на земную атмосферу.
Gliese 667C-c
Экзопланета Gliese 667Cc находится всего в 22 световых годах от Земли, ее обнаружили в 2011 году. Она в 4,5 раза массивнее Земли, и пока исследователи не уверены, каменистая она или нет. Gliese 667Cc совершает один оборот вокруг своей звезды всего за 28 дней. Но, как и в случае с ТОI-1231 b, она является красным карликом, который гораздо холоднее Солнца. Поэтому считается, что экзопланета находится в обитаемой зоне — это значит, что на ней может существовать жидкая вода, она не замерзает и не испаряется.
Несмотря на это, экзопланета разительно отличается от нашей. Как и Kepler-442b, Gliese 667Cc — это суперземля, то есть она больше Земли, но меньше газовых гигантов Урана и Нептуна. Масса Gliese 667 Cc в 3,7 раза больше земной, а значит, и гравитация на ней намного выше — все объекты будут весить в 4 раза больше.
Почему нам так тяжело найти новый дом?
Почти 70% звезд в Млечном Пути — это тусклые красные карликовые звезды, ни одна из которых не дает своим планетам достаточно энергии для фотосинтеза. Хуже того, звезды которые горячее и ярче Солнца, теоретически хоть и могут помочь развитию биосферы, но заканчивают существование слишком быстро. На планетах, которые их окружают, сложная жизнь не успевает развиться.
Еще одна проблема — расстояние. Человечество ищет идеальный источник чистой энергии, который позволит преодолевать огромные расстояния в космосе быстрее, чем сейчас. Но пока — безуспешно.
Тем не менее, исследователи не сдаются. Новая эра в изучении экзопланет только начинается — ученые переходят от обнаружения и подсчета экзопланет к тому, чтобы точечно выбирать потенциально пригодные для жизни миры для анализа их атмосферы. В этом астрономам поможет космический телескоп «Джеймс Уэбб», который запустят в ближайшее время. Надежда на то, что мы найдем «Землю 2.0», еще есть.
Транзитный метод (метод транзитов) — метод поиска экзопланет, основанный на обнаружении падения светимости звезды во время прохождения планеты перед ее диском. Этот фотометрический метод позволяет определить радиус планеты.
Оранжевый карлик — тип небольших звёзд главной последовательности спектрального класса K, имеющих массу от 0,5 до 0,8 массы Солнца и более продолжительное время жизни.
5 наиболее землеподобных планет
Можно сбиться со счета, сколько раз мы слышали фразу о том, что «ученые нашли первую по-настоящему землеподобную экзопланету». К настоящему моменту астрономы смогли определить наличие более 2000 различных экзопланет, поэтому неудивительно, что среди них есть и те, которые в той или иной степени действительно похожи на Землю. Однако сколько среди этих похожих на Землю экзопланет на самом деле могут быть обитаемыми?
Многие из утверждений ученых об обитаемости экзопланет сильно преувеличены. Например, недавно была обнаружена экзопланета GJ1132b. Команда, совершившая открытие, поспешила поделиться с миром информацией о том, что «вероятно, это открытие может стать самым важным в истории поиска планет вне Солнечной системы». Однако, невзирая на максимально близкое к Земле среди других обнаруженных экзопланет расположение, «второй Землей» эту планету назвать нельзя хотя бы потому, что температура на ее поверхности выше земной как минимум на несколько сотен градусов по Цельсию.
Аналогичные заявления в свое время выражались в отношении Tau Ceti e и Kepler 186f, которых тоже крестили близнецами Земли. Тем не менее эти экзопланеты ничем примечательным не выделяются и совсем не похожи на Землю, как нам бы того хотелось.
Одним из способов определения того, насколько обитаемой может быть планета, является так называемый индекс подобия Земле (ESI). Этот показатель высчитывается на основе данных радиуса экзопланеты, ее плотности, температуры поверхности и данных о параболической скорости — минимальной скорости, которую необходимо придать объекту для того, чтобы он смог преодолеть гравитационное притяжение конкретного небесного тела. Индекс подобия Земле варьируется от 0 до 1, и любая планета, обладающая индексом выше 0,8, может рассматриваться как «землеподобная». В нашей Солнечной системе, например, Марс обладает индексом ESI равным 0,64 (аналогичный индекс у экзопланеты Kepler 186f), в то время как индекс Венеры составляет 0,78 (тот же показатель у Tau Ceti e).
Ниже рассмотрим пять планет, которые наиболее подходят под описание «близнеца Земли» на основе их показателей индекса ESI.
Kepler 438b
Экзопланета Kepler 438b обладает наиболее высоким показателем индекса ESI среди всех известных на данный момент экзопланет. Он составляет 0,88. Обнаруженная в 2015 году, эта планета обращается вокруг звезды класса красный карлик (значительно меньше и холоднее нашего Солнца) и обладает радиусом всего на 12 процентов больше земного. Сама звезда расположена примерно в 470 световых годах от Земли. Полный оборот планета совершает за 35 дней. Она находится в обитаемой зоне — пространстве внутри своей системы, где не слишком жарко и в то же время не слишком холодно, чтобы поддерживать наличие воды в жидкой форме на поверхности планеты.
Как и в случае других обнаруженных экзопланет, обращающихся вокруг малых звезд, масса данной экзопланеты не была изучена. Однако если эта планета обладает скалистой поверхностью, то ее масса, возможно, будет больше земной всего 1,4 раза, а температура на поверхности варьироваться от 0 до 60 градусов Цельсия. Как бы там ни было, индекс ESI не является ультимативным методом определения обитаемости планет. Ученые недавно провели наблюдение и выяснили, что на родной звезде планеты Kepler 438b довольно регулярно происходят очень мощные выбросы радиационного излучения, которые в конечном итоге могут делать эту планету совершенно необитаемой.
Gliese 667Cc
Индекс ESI планеты Gliese 667Cc составляет 0,85. Планета была обнаружена в 2011 году. Она обращается вокруг красного карлика Gliese 667 в тройной системе звезд, находящейся «всего» в 24 световых годах от Земли. Экзопланета была обнаружена благодаря измерению лучевой скорости, в результате которого ученые выяснили, что в движении звезды происходят некоторые колебания, вызываемые гравитационным воздействием находящейся возле нее планеты.
Приблизительная масса экзопланеты в 3,8 раза больше массы Земли, однако ученые не представляют, каких размеров Gliese 667Cc. Выяснить это не удается потому, что планета не проходит перед звездой, что позволило бы высчитать ее радиус. Орбитальный период Gliese 667Cc составляет 28 дней. Она расположена в обитаемой зоне своей холодной звезды, что, в свою очередь, позволяет ученым предположить, что температура на ее поверхности составляет около 5 градусов Цельсия.
Kepler 442b
Kepler 62e и 62f
Две планеты с индексами ESI 0,83 и 0,67 соответственно были обнаружены космическим телескопом «Кеплер» в 2013 году, когда те проходили напротив своей родной звезды. Сама же звезда находится примерно в 1200 световых годах от нас и несколько холоднее Солнца. С планетарными радиусами в 1,6 раза и 1,4 раза больше земного, их орбитальный период составляет 122 и 267 дней соответственно, что говорит о том, что обе находятся в обитаемой зоне.
Как и большинство других планет, обнаруженных телескопом «Кеплер», масса этих экзопланет остается неизвестной, однако ученые предполагают, что в обоих случаях она примерно в 30 раз больше земной. Температура каждой из планет может поддерживать наличие воды в жидкой форме. Правда, все будет зависеть от состава атмосферы, которой они обладают.
Kepler 452b
Из всего этого следует, что даже наиболее похожие на Землю планеты, в зависимости от активности их родных звезд, которая может очень отличаться от солнечной, могут быть неспособны поддерживать жизнь. Другие планеты, в свою очередь, имеют крайне отличающиеся от земных размеры и температуру поверхности. Однако учитывая повышенную за последние годы активность в поиске новых экзопланет, нельзя исключать возможности того, что среди найденных мы все же встретим планету с аналогичной Земле массой, размером, орбитой и солнцеподобной звездой, вокруг которой она обращается.
Переезжаем? Астрономы обнаружили практически полные копии Земли и Солнца
Немецкие астрономы обнаружили практически полную копию не только Земли, но и Солнца. На сегодняшний день это самая похожая на нашу планета, известная ученым, вращающаяся вокруг самой похожей на Солнце звезды. Пригодна ли она для жизни людей и пора ли паковать чемоданы? Об этом – в колонке обозревателя Николая Гринько.
Человечество очень давно ищет планеты за пределами Солнечной системы. Несмотря на то что многие звезды мы можем наблюдать даже невооруженным взглядом, планеты, вращающиеся вокруг них, практически не видны – звезды буквально прячут их от нас, излучая яркий свет. Из-за этого долгое время ученые вообще сомневались в существовании экзопланет. Однако время шло, инструменты наблюдения совершенствовались, и сегодня нам известно уже около 4 000 планет в других звездных системах.
Большинство обнаруженных экзопланет – газовые гиганты. В этом нет ничего удивительного, поскольку чем больше планета, тем она заметнее. Еще один вид, в котором пока всего несколько десятков представителей, – это суперземли. Так называют планеты земного типа с твердой поверхностью, газовой атмосферой и массой, превышающей земную не более чем в десять раз. Некоторые из них потенциально жизнепригодны, но это не означает, что люди смогут там жить: наши организмы не перенесут даже трехкратной силы тяжести, не говоря уже о другом составе атмосферы, различных видах излучения и так далее.
Все известные потенциально обитаемые планеты вращаются вокруг красных карликов – самых распространенных звезд в нашей Галактике.
Но и это совсем не означает, что на таких планетах обязательно есть какая-то жизнь. Наше Солнце, например, не красный, а желтый карлик, хотя красные, по мнению ученых, больше подходят для обитаемых планет. Они в разы стабильнее остальных звезд, что дает огромный запас времени для эволюции. С другой стороны, излучение у них слабее, а значит, энергии на планету поступает меньше. В общем, с потенциальной жизнью на других планетах, как говорится, все сложно.
На этом фоне выглядит просто ошеломляющим заявление немецких астрономов из Института исследований Солнечной системы Макса Планка, которые обнаружили практически полную копию не только Земли, но и Солнца. Желтый карлик Kepler-160 имеет массу 0,9 массы Солнца, радиус – 1,1 его радиуса, а светимость практически такая же, как у нашей звезды. Расхождения минимальны, до этого момента мы вообще не знали звезд, настолько похожих на нашу.
Вокруг Kepler-160 вращаются планеты, и две из них намного крупнее Земли. Они расположены слишком близко к звезде, и температуры на них огромные.
На сегодняшний день это самая похожая на Землю планета, известная ученым, вращающаяся вокруг самой похожей на Солнце звезды.
Конечно, этих данных маловато, чтобы паковать чемоданы для переезда. Во-первых, до KOI-456.04 все-таки далеко – 3 100 световых лет. А во-вторых, данные еще требуют уточнения. Например, мы знаем размер планеты, но не знаем ее массы, а значит, не понимаем, какова на ней сила тяжести. Знаем, сколько на планете длится год, но не знаем продолжительности суток (то есть скорость ее вращения вокруг собственной оси пока не установлена).
Но все это ненадолго. Отныне за планетой будет вестись самое тщательное наблюдение, и вскоре данных о ней у нас будет намного больше. И кстати, нам кажется, что KOI-456.04 не самое подходящее название для планеты, настолько похожей на нашу. Мы предлагаем называть ее Земля-2. По нашему мнению, это очень удачное имя.
Ученые допустили существование десятков внеземных цивилизаций