Мы не можем не задаться вопросом, обитаема ли она или даже населена, но доказательств этому нет.
Каждая звезда, заполняющая ночное небо, несет с собой одну из величайших надежд и страхов, о которых когда-либо задумывалось человечество: возможность того, что мы не одиноки во Вселенной. Поколение назад каждая звезда считалась светящейся точкой надежды, но мы понятия не имели, были ли планеты обычными или редкими, и была ли наша Солнечная система типичным примером того, что там было, или одним из огромного множества возможностей. По состоянию на 2018 год существуют тысячи подтвержденных планет, вращающихся вокруг других звезд, обнаруженных с помощью множества методов и демонстрирующих огромное разнообразие размеров, масс и орбитальных свойств. В настоящее время считается, что по крайней мере 80% всех звезд имеют планетарных компаньонов, и что почти все они имеют множество миров в своих Солнечных системах.
Включая ближайшую к нам звезду: Проксиму Центавра.
Спутник «Кеплер» обнаружил большинство кандидатов в планеты вокруг звезд за пределами нашего Солнца. Он работает с помощью так называемого транзитного метода. Когда планета, вращающаяся вокруг своей звезды, проходит между линией прямой видимости, соединяющей Землю с этой звездой, крошечная часть этого света блокируется. По мере того, как планета скользит по диску звезды, а затем удаляется от него, мы увидим, как поток начинает падать, остается на пониженном постоянном уровне, а затем снова увеличивается, возвращаясь к исходному значению.
При достаточном количестве прохождений одной планеты мы можем определить период ее обращения, ее радиус относительно радиуса родительской звезды и количество радиации, падающей на ее поверхность. Метод транзита мощный, но он не говорит вам всего.
Одна из вещей, которую он не раскрывает, - это масса планеты. Если бы вы мгновенно заменили Землю планетой того же размера, но вдвое (или вдвое) тяжелее, ее орбита осталась бы неизменной. У него будет точно такая же транзитная характеристика: тот же период, частота, профиль, и он будет блокировать такое же количество света.
Но есть метод, который может определить массу планеты: наблюдение за звездой, вокруг которой она вращается, на наличие крошечных вариаций. Метод звездного колебания использует третий закон Ньютона, согласно которому каждое действие имеет равную противоположную реакцию, чтобы сделать вывод о гравитационном притяжении планеты к звезде. По мере того, как звезда движется к нам и от нас, периодически из-за этого гравитационного притяжения масса и орбита планеты могут изменяться.
В идеале мы можем использовать оба метода для данной звездной системы, определяя одновременно массу, радиус и период обращения. Благодаря будущим достижениям можно будет наблюдать за солнечным светом, отфильтрованным или отраженным от планеты, чтобы узнать о составе ее атмосферы, что позволит нам сделать вывод о наличии воды, кислорода и, возможно, даже жизни.
С предлагаемыми обсерваториями, такими как WFIRST, LUVOIR и потенциальной звездной тенью, возможность полностью охарактеризовать планету из солнечной системы, отличной от нашей, вскоре может оказаться в пределах нашей досягаемости.
Но у большинства планет нет случайных выравниваний, на которые опирается метод транзита. Если бы мы смотрели на нашу Солнечную систему из другого случайного места в космосе, был бы всего 1% шанс, что Меркурий, ближайшая планета к Солнцу, будет иметь правильную геометрию для наблюдения транзита с другими планетами. еще менее вероятно. Как и во всем, именно наши технологические возможности частично ограничивают то, что мы можем узнать о Вселенной.
Но для использования метода звездного колебания (или лучевой скорости) нет необходимости в случайном выравнивании; все, что вам нужно, это внимательно наблюдать за своей звездой в течение долгого времени и искать крошечные периодические изменения ее красного и синего смещения. Найдите периодичность, и вы сможете определить как период, так и массу планеты, вращающейся вокруг нее.
Ну, вы можете найти период, во всяком случае. Найти массу сложнее, потому что мы можем измерить движение звезды только вдоль нашего луча зрения: в направлении вперед-назад. Мы не можем измерить движение звезды перпендикулярно лучу зрения: в поперечных (из стороны в сторону или вверх-вниз) направлениях.
Итак, когда мы измеряем колеблющуюся звезду, мы можем сказать, что у нее есть планета с определенным периодом (что означает, что мы можем довольно точно определить орбитальное расстояние), которая имеет массу не менее конкретная сумма. Если планета вращается почти с ребра на луче зрения Земля-звезда, то ее масса близка к минимальному значению массы. Но если планета наклонена больше, например, на 20°, 40° или 80°, масса может быть от незначительной до намного, намного выше.
Итак, давайте перейдем к Проксиме Центавра: ближайшей к нашему Солнцу звезде. Мы внимательно наблюдали за ним как на радиальную скорость, так и на транзитные несовершенства, ища какие-либо признаки планеты вокруг него. Проксима Центавра - крошечный красный карлик с малой массой, излучающий всего 0,17% солнечного излучения. Есть много отличий звезды от нашей: она меньше, холоднее, вспыхивает гораздо чаще, и тем, что она будет жить не миллиарды лет, как наше Солнце, а триллионы.
Проксима Центавра также является частью тройной системы, в которой два основных компонента, Альфа Центавра A и B, имеют размеры примерно Солнца и вращаются относительно близко друг к другу, но Проксима Центавра намного ниже в масса, холоднее и дальше.
Когда мы наблюдаем за Проксимой Центавра, мы не видим никаких свидетельств транзитного мира, а любые планеты, которые там находятся, слишком тусклые, чтобы их можно было увидеть с помощью прямых изображений и наших современных технологий. Но мы видим следы радиальной скорости единого массивного мира, который вращается вокруг него. Из проведенных нами наблюдений мы можем определить следующие свойства этой планеты, теперь известной как Проксима b:
- Имеет период обращения 11,2 дня.
- Количество звездного света, которое он получает от Проксимы Центавра (65% того, что мы получаем здесь), должно дать ему земную температуру, если у него земная атмосфера.
- Он имеет минимальную массу, которая составляет 130% от массы Земли: чуть больше, чем наша планета.
Могут быть и другие планеты, меньшие по массе и/или с гораздо более длинными периодами обращения, к которым наши наблюдения еще не чувствительны. Но этот, по крайней мере, настоящий.
Но на что это похоже? Это похоже на Землю? Мы знаем, что она должна отличаться от нашей планеты Земля во многих отношениях, в том числе:
- он должен быть приливно привязан к своей звезде, где одно и то же лицо всегда обращено к звезде, а одно и то же лицо всегда обращено в сторону,
- будет иметь три климатические зоны: ультражаркую, где всегда солнечно, ультрахолодную, где всегда ночь, и пограничную, где всегда закат/рассвет,
- и солнечные вспышки, исходящие от звезды, потенциально могут быть опасны для разрушения атмосферы.
Мы, конечно, можем придумать сценарии, в которых планета цепляется за свою атмосферу или пополняет ее, и на ней есть условия, благоприятные для жизни. Но это не более чем принятие желаемого за действительное.
На самом деле, мы даже не знаем, похожа ли эта планета на Землю или на Нептун. Типичная граница между землеподобным миром, где у вас каменистая поверхность с тонкой атмосферой, и миром, подобным Нептуну, где ваш мир окружает большая газовая оболочка, составляет около 2 масс Земли. Проксима b имеет минимальную массу около 1,3 массы Земли, но это при идеальном выравнивании с ребра. Поскольку транзита нет, мы знаем, что выравнивание не может быть абсолютно идеальным, но насколько оно несовершенно? Это великолепно неизвестно.
Если выравнивание наклонено более чем на 25° от линии прямой видимости, это, скорее всего, газообразный мир, а не каменистый, похожий на Землю. Но на данный момент, без дополнительной информации, мы ничего не можем знать.
Если бы мы хотели быть максимально точными, мы бы заявили, что есть планета с периодом обращения 11,2 дня, которая вращается вокруг ближайшей к нам звезды: Проксима Центавра. Он получает 65% солнечной энергии, которую получает Земля, и имеет минимальную массу 130% массы Земли. Вот и все. Это все, что мы знаем наверняка. Если бы мы захотели порассуждать, мы могли бы обсудить все причины, по которым Проксима b может оказаться негостеприимной для жизни, с какими проблемами (солнечные вспышки, удержание атмосферы, вероятно, газообразный мир и т. д.) сталкивается эта планета, если она хочет достичь обитаемости., и что нам нужно измерить, чтобы знать наверняка.
Но правда в том, что мы не знаем ничего, кроме этого. Пока у нас нет более полных данных об этом мире, мы знаем только его период, получаемую им энергию и его минимальную массу. Эпоха экзопланетной астрономии наступила, но во многих отношениях она все еще находится в зачаточном состоянии. Интересуйтесь возможностями и не стесняйтесь строить догадки о том, что может быть там, но никогда не путайте свои надежды с тем, что на самом деле вероятно. Единственный способ узнать наверняка - построить правильные инструменты и обсерватории и собрать важные данные. Единственный способ узнать наверняка, что там, - это выяснить это самим.