Эрик Асфог - Когда у Земли было две Луны. Планеты-каннибалы, ледяные гиганты, грязевые кометы и другие светила ночного неба

NASA/Goddard/SDO

Мы привыкли слышать, что Солнце – средняя звезда. Но это не совсем верно: самые распространенные звезды – красные карлики – гораздо меньше. Они достаточно велики (в десятки раз больше Юпитера по массе), чтобы поддерживать термоядерный синтез в своем ядре, но достаточно малы, чтобы не давать так много света и тепла. Поэтому их и трудно обнаружить. На самом деле вполне вероятно, что ближайшая к нам звезда – это вовсе не Проксима Центавра, а какой-то неизвестный нам пока красный карлик.

Характеристики семи известных экзопланет системы TRAPPIST-1 (обозначенных буквами от b до h ) по сравнению с землеподобными планетами (Меркурием, Венерой, Землей и Марсом). Предполагаемая объемная плотность каждой (то есть ее состав – металлы, горные породы или вода) нанесена на график в зависимости от количества света, которую планета получает от материнской звезды. Относительные размеры планет обозначены радиусом кругов. Массы и плотности планет системы TRAPPIST-1 были оценены по небольшим вариациям в периодичности их обращения при продолжительных наблюдениях с помощью космических телескопов NASA «Спитцер» и «Кеплер» в сочетании с данными, полученными от космического телескопа «Хаббл» и ряда наземных телескопов, с последующим сравнением результатов этих замеров с теоретическими моделями. Оценки предполагают, что планеты с более низкой плотностью могут быть богатыми водой.

NASA/JPL/Spitzer Space Telescope

Если бы вы были планетой, которая хочет породить жизнь, обращаясь вокруг такой звезды, вам стоило бы находиться поближе к огню, то есть обращаться на расстоянии нескольких сотых астрономической единицы. Это делает красные карлики отличными местами для охоты за обитаемыми планетами: таких звезд много, а пригодные для жизни планеты обращаются к ним так близко, что при правильных геометрических условиях мы можем увидеть, как они то и дело затмевают свет звезды. Все, что нам нужно, – смотреть, смотреть и смотреть на множество таких звезд, потому что нам должно повезти находиться в плоскости эклиптики звездной системы, чтобы зафиксировать на звезде тень, едва уловимое уменьшение силы ее света, когда перед ней пролетает планета. Такое явление мы называем прохождением или транзитом.

Несколько лет назад команда бельгийских и китайских астрономов направила скромный 61-сантиметровый телескоп на несколько близких «ультрахолодных красных карликов» в надежде обнаружить систему планет. Охота была очень успешной. Первая из их находок, планетная система, которую астрономы назвали TRAPPIST-1 [321], – это настоящая сокровищница с семью планетами. По количеству света, которое каждая планета задерживает во время прохождения, мы знаем, что по размеру все они сравнимы с Землей. Пять из этих планет примерно земного типа обращаются в пределах вероятной зоны обитаемости своей звезды, то есть на их поверхности может иметься жидкая вода. Таким образом, эта система теперь занимает верхнюю строчку в списке объектов, где нам стоит искать инопланетную жизнь.

Данные, собранные по системе TRAPPIST-1, представляют собой просто набор точек, так что позвольте мне объяснить, что они означают. Мы не можем напрямую наблюдать эти планеты даже в самые мощные телескопы, но их планетная система обращена к нам ребром, так что каждая из планет проходит для нас перед своим солнцем один раз за свой год. Для самой дальней планеты такой год составляет всего 12 земных дней, а для самой ближней к звезде – полтора земных дня, потому что их орбиты расположены очень близко к маленькому светилу. Когда они проходят перед звездой, ее свет на несколько часов тускнеет на несколько процентов. По мере того как эти годы длиной около недели сменяют друг друга, астрономы получают все больше и больше информации, улучшая свои модели благодаря очищению сигнала (того, что реально) от шума, сопровождающего любое наблюдение [322].

Прохождения – самый мощный исследовательский прием для определения характеристик далеких планет, но мы можем их наблюдать, только если находимся в орбитальной плоскости той планетной системы. В ином случае тень ускользает от нас так же, как в случае с Луной, которая отбрасывает тень постоянно, но лишь изредка – на Землю. Обратное тоже верно: инопланетным астрономам необходимо находиться в одной плоскости с орбитой Земли (в плоскости эклиптики), если они хотят узнать какие-то подробности о нашей планете. Подавляющее большинство инопланетных астрономов, проживающих на планетах, обращающихся вокруг своих звезд к северу и к югу от нашей эклиптики, едва ли знают о существовании Земли. Но для астрономов, находящихся на плоскости эклиптики, особенно для тех, кого от нас отделяет не более нескольких сотен световых лет, Земля регулярно проходит перед сияющим сквозь космос Солнцем, и это может дать им достаточно информации, чтобы установить: наша атмосфера на одну пятую состоит из кислорода. Из этого они могут сделать вывод о наличии тут жизни.

Масса звезды системы TRAPPIST-1 выводится из закона Кеплера, примененного к движению ее планет; она в 84 раза тяжелее Юпитера и в восемь раз легче Солнца. По длительностям прохождений мы узнали, что звезда на 50 % больше Юпитера – то есть она сжата до средней плотности, в десять раз превышающей плотность железа. Ее плотность так велика, потому что внутренний жар в ней относительно слаб, в результате чего она не раздувается от тепловой энергии, как это происходит с крупными активными звездами. Размеры планет TRAPPIST-1 также известны из данных о прохождениях; а их массы, в свою очередь, можно оценить при точной аппроксимации орбит, поскольку звезда и планеты воздействуют друг на друга. Отсюда астрономы могут вычислить их плотность и сделать обоснованные предположения об их составе.

Погрешность этих измерений со временем будет уменьшаться. При некоторой доле удачи когда-нибудь мы узнаем, есть ли на этих планетах океаны. С появлением гигантских космических телескопов мы попробуем вычесть фоновый свет звезды, чтобы выделить только тот свет, который отражается от поверхности планет, и определить их цвет и состав. Это позволит нам кое-что выяснить об их атмосфере, а также узнать, есть ли там облака, континенты и спутники. Я предполагаю, что это случится через 30 лет, и эта оценка кажется разумной: 30 лет назад мы еще не имели данных об экзопланетах, так что, если начистоту, кто знает, что ждет нас впереди?

Система TRAPPIST-1 имеет геометрическое сходство с галилеевыми спутниками Юпитера. И как и в том случае, похоже, что орбитальный резонанс держит эти планеты в вечном общем порядке, навсегда увязав их судьбы. Двигаясь изнутри наружу, орбитальные периоды планет системы TRAPPIST-1 подчиняются примерно целочисленным соотношениям 8/5, 5/3, 3/2, 3/2, 4/3 и 3/2. Как и у галилеевых спутников, при сдвиге одного тела должна прийти в движение вся цепочка, что придает этой группе огромную динамическую стабильность. Это похоже на связь Плутона с Нептуном, если не учитывать, что именно она стала причиной, по которой Международный астрономический союз больше не считает Плутон планетой. Может, и напоминающие Землю планеты системы TRAPPIST-1 – тоже не планеты?