Прежде чем рекламировать следующую экзопланету как «самую похожую на Землю из когда-либо существовавших», спросите себя, правда ли это и хорошо ли это вообще.
«Вы можете потратить слишком много времени на размышления о том, кто из однояйцевых близнецов больше похож». - Роберт Браулт
Этим утром поднялась волна, когда миссия NASA Kepler объявила о существовании и свойствах новой экзопланеты: Kepler-452b. Многие рекламировали эту планету как «самую похожую на Землю планету» по множеству интересных причин.
- Она вращается вокруг звезды, очень похожей на нашу по температуре, массе и размеру: звезда класса G2 с почти такой же яркостью и таким же общим временем жизни.
- Она вращается почти на таком же расстоянии и с почти таким же периодом, как наша планета вокруг Солнца: 385 дней вместо 365.
Есть также пара небольших отличий:
- Звезда, вокруг которой она вращается, более развита, чем наше Солнце: она старше на 1,5 миллиарда лет и, следовательно, немного (на 20%) ярче и немного (на 10%) горячее.
- Сама планета немного больше нашей Земли, ее радиус примерно на 60% больше.
Когда вы смотрите на нашу собственную Солнечную систему, этот последний пункт может показаться не таким уж важным.
Разница между Землей и Венерой крошечная: менее 10% по радиусу. Но на шаг впереди, разница между Землей и Ураном/Нептуном огромна: эти миры несколько четыре разарадиус Земли!
Так что увеличение на 60 % может показаться не таким уж большим. Но этот мир все еще находится между самым большим скалистым миром, похожим на Землю, и самым маленьким газовым миром, похожим на гиганта. Если мы хотим знать, действительно ли это имеет большое значение , если мы хотим знать, действительно ли этот мир подобен Земле или нет , мы должны сначала изучить, что значит быть “близнецом Земли”, и спросить, существует ли такой объект должен быть даже в нашей галактике.
Последние результаты исследования Кеплера показывают, что только в диске Млечного Пути находится как минимум около 17 миллиардов планет размером с Землю: около нескольких процентов звезд, у которых есть хотя бы одна планета размером с Землю. мир. Но чтобы стать настоящим близнецом Земли, нужно нечто большее, чем просто быть размером с Землю! Да, за последние несколько лет мы сделали несколько удивительных шагов вперед, но давайте не будем упускать из виду конечную цель: найти другую планету, на которой обитает какой-то тип развитой жизни
Вот почему мы ищем «близнеца» Земли: потому что мы хотим найти мир с такой же биологией, как у нас. Потому что мы хотим знать одну вещь, которую мы искали в наших сердцах с того момента, как мы впервые осознали, кто мы есть: знать, что мы не одиноки
С научной точки зрения это будет означать обнаружение жизни на основе химических веществ, похожей на то, что мы знаем на Земле. Даже если бы это было похоже на жизнь на Земле 500 миллионов лет назад, это было бы невероятно интересно! Существует множество других возможностей для жизни, кроме той, основанной на химическом образовании, которую мы разработали и к которой привыкли здесь, на Земле, и на самом деле этот тип может быть более распространенным во Вселенной, чем жизнь, которую мы знаем.
Но даже отложив все это в сторону, обнаружение другой «Земли» там - «планеты, похожей на нашу, вокруг звезды, подобной нашей», - может быть не лучшим выбором для поиска жизни, подобной нашей.
Наше Солнце - звезда G-класса возрастом 4,6 миллиарда лет. Хотя вы можете посмотреть на диаграмму выше и подумать, что это делает нас «обычной» звездой, факт в том, что наша звезда массивнее, чем 95% из все звезды там! М-карлики, маленькие красные человечки в конце, безусловно, являются самым распространенным типом звезд во Вселенной, причем три звезды из каждых четырех являются М-звездами. Кроме того, наши океаны закипят еще через миллиард лет или около того, а М-звезды горят при стабильной температуре до десятков триллионов лет!
Кеплер обнаружил множество похожих на Землю планет вокруг этих М-звезд с точки зрения того, что они находятся в правильных местах для жидкой воды на их поверхности и имеют правильную массу и размер, чтобы быть более «Землеподобный», чем что-либо еще. В то время как М-звезды могут испытывать вспышки чаще, и их планеты должны быть ближе к их обитаемым зонам (что делает приливную блокировку более вероятной, а вспышки более опасными), они также предлагают более стабильную среду для своих планет, с меньшим ультрафиолетовым излучением и с большей защитой от случайного насилия межпланетного/межзвездного пространства.
Но это отступление, которое может увести нас далеко от курса; если мы ищем близнеца Земли или планету, очень похожую на нашу, вокруг звезды, очень похожей на нашу, давайте подумаем, что нам нужно. И давайте, пока мы размышляем над этими мыслями, прикинем, сколько должно быть земных близнецов.
Во-первых, нам понадобится такая звезда, как Солнце. Это означает, что звезда одинаковой температуры и спектрального класса, но примерно одного возраста.
Жизни требуется время, чтобы развиться и превратиться во что-то интересное, а это значит, что нам нужна звездная система, которой как минимум много миллиардов лет. Но мы также не можем ждать слишком долго, потому что по мере старения звезды область ядра, которая превращает водород в гелий, увеличивается, а это означает, что выходная мощность (а также яркость и, следовательно, температура) увеличиваются. В конце концов, планеты (такие как Земля), которые когда-то были пригодными для жизни, станут слишком горячими, вода на поверхности постоянно кипит, и жизнь, какой мы ее знаем, прекратится.
Итак, скажем, у нас есть окно в 1-2 миллиарда лет, или около 10% жизни звезды. В нашей галактике около 200-400 миллиардов звезд, и около 7,6% из них - звезды класса G или того же типа, что и наше Солнце. Несмотря на то, что наше Солнце более точно классифицируется как звезда G2V, это все же означает, что около 10% всех звезд класса G относятся к тому же типу, что и наше Солнце.
По высшим оценкам, это должно сказать вам, что существует 400 миллиардов звезд, 7,6% из которых относятся к классу G, около 10% из них относятся к тому же подклассу, что и наше Солнце, и около 10% из них имеют подходящий возраст для интересной жизни, или около 300 миллионов кандидатов в звезды.
Ну, возможно. Видите ли, нам нужно нечто большее.
Это спектр Солнца. Или, другими словами, эти линии, которые вы видите, представляют собой все различные атомы - и их отношения - , взятые из периодической таблицы элементов. Их много на нашем Солнце, и они встречаются в очень специфических соотношениях.
Количество всего, что не является водородом или гелием, по отношению ко всему плавящемуся материалу на Солнце - это то, что астрономы называют металличностью. Если мы хотим мир, подобный Земле, нам нужна звезда с металличностью, подобной Солнцу.
Это не так уж и плохо; целых 25% звезд, которые образовались примерно в то же время, что и наше Солнце, были звездами промежуточного населения I (как и мы), и очень многие из них (возможно, около 15% из них) имеют ту же металличность, что и наше Солнце., показано зеленым цветом ниже.
Это означает, что в нашей галактике есть около 11 миллионов звезд, которые имеют такой же тип домашних звезд, как и мы, с таким же содержанием тяжелых элементов, которые образовались в нужное время, чтобы у них могла быть сложная жизнь. в своих мирах так же, как Земля.(И это даже не принимает во внимание, что многие миры с большим или меньшим количеством металлов могут иметь жизнь с большей вероятностью, чем Земля. Как я уже сказал, только потому, что это произошло в наших условиях, не означает, что наши условия являются наиболее благоприятными. чтобы сложная жизнь сложилась!)
Так у скольких из этих 11 миллионов солнечных «близнецов» есть земные близнецы в своих обитаемых зонах?
Хорошо…
Нам нужно сформировать каменистую планету правильного размера с правильным содержанием элементов, правильным количеством воды и в правильном месте, чтобы считаться близнецом Земли.
Все эти проблемы взаимосвязаны. Вы могли бы подумать, что если центральная звезда имеет правильное содержание элементов, то планеты, которые она образовала, должны иметь такое же соотношение плотности и радиуса, как и наша Солнечная система.
И вот в чем проблема. У нас нет миров больше Земли во внутренней Солнечной системе, и это связано с особенностями того, как сформировалась наша Солнечная система. Новый, желанный «близнец», которого мы рекламируем? Он имеет 160% радиуса Земли… но пять раз больше массы Земли
Это каменисто? Конечно… но у него, вероятно, есть каменистая поверхность под газовой оболочкой из водорода и гелия, что почти наверняка есть, в отличие от Земли. По крайней мере, это, скорее всего, правда, исходя из того, что мы в настоящее время знаем об экзопланетах.
Когда вы более чем на 20% больше по радиусу, чем Земля, вы, скорее всего, имеете оболочку из самых легких газов во Вселенной - водорода и гелия - , удерживаемых гравитацией вашей планеты, даже если вы находитесь во внутренней части Солнечной системы. Одна из вещей, которую мы узнали от Кеплера, заключается в том, что газовые гиганты и суперземли распространены во внутренних частях звездных систем вокруг других звезд; мы аномалия.
Это не означает, что у Kepler-452b нет каменистой поверхности, вокруг него нет небольшой оболочки из водорода и гелия, может вообще не быть оболочки и даже если он присутствует, это может вообще не исключать жидкой воды или жизни на его поверхности.
Но также возможно, что это гораздо ближе к миру, подобному Нептуну, чем к миру, подобному Земле. Он может быть всего на 60% больше нас, но он пять раз массивнее, а это означает, что у него достаточно гравитации, чтобы удерживать конверт. И хотя еще многое остается неясным, считать это близнецом Земли буквально безумно.
Реально, если мы проведем все оценки, вероятно, от сорока тысяч до, может быть, ста тысяч настоящих земноподобных планет на земноподобных орбитах вокруг солнцеподобных звезд. Это солнцеподобная звезда с земной орбитой, но планета не земная; это супер-Земля (или мини-Нептун) как.
Более того, если реальная цель поиска этих планет состоит в том, чтобы найти миры, способные содержать земную жизнь, нам лучше искать меньшие миры размером с Землю вокруг звезд М-класса: в обитаемых зонах своих звезд. Лучше всего для этого искать не земные орбиты вокруг солнцеподобных звезд, а земноподобные планеты на правильных орбитах вокруг своих звезд. Вот как мы туда доберемся.
Ключ во всем этом - и момент, который вы должны усвоить - , заключается в том, что поиск «близнеца» Земли не является священным Граалем, как его рекламируют. Дело в том, что если мы хотим найти то, чего мы больше всего желаем, найти мир, в котором есть те же секреты, что и в нашем, ключ в том, чтобы не искать однояйцевого близнеца или, по крайней мере, не ограничивать себя поиском однояйцевых близнецов. Скорее, нужно искать полный набор правильных условий и понимать, что, хотя они и возникают у однояйцевых близнецов, это не самое распространенное место, где их можно найти.
Наши далекие, карликоподобные родственники - не похожие на Землю - в конце концов могут владеть ключами к нашим самым сокровенным мечтам.
Оставляйте свои комментарии на нашем форуме и поддержите Starts With A Bang на Patreon!