Сайты партнеров




GEO приглашает

28-го января в центре современного искусства «Винзавод» c 12:00 до 18:00 пройдет Юна-Фест — выставка-пристройство собак и кошек из приютов


GEO рекомендует

WoodAndWatercolour — удивительные и современные изделия для интерьера, объединяющие лаконичность графики и неповторимую фактуру дерева


Есть кто живой?

текст: Ульф фон Рауххаупт
фото: R.Hurt

«Это самый скучный научный проект в истории человечества. Мы год за годом снова и снова фотографируем одни и те же звезды», — скромничает Билл Боруки. На самом деле исследовательская программа, о которой он говорит, обещает стать самой сенсационной орбитальной миссией в истории американского космического агентства НАСА. Однако гостям, которые заходят в кабинет ученого в научно-исследовательском центре к югу от Сан-Франциско, он показывает не макет нового космического корабля или впечатляющие кадры компьютерной анимации, а всего лишь перфорированную металлическую пластину.

«Это деталь одной из наших первых испытательных моделей, собранных в 1980-е годы, — объясняет Боруки. — Каждое отверстие предназначалось для улавливания света одной конкретной звезды, а к нижней стороне пластины крепились специальные датчики».

Cегодня Боруки готов часами говорить об особенностях синхронной регистрации малейших изменений яркости свечения тысяч и тысяч звезд. Тем более сейчас, когда он может наконец-то подтвердить на практике предположения, о которых он твердил годами.

Билл Боруки — астрофизик, он работает с НАСА с 1962 года. Его главное детище — орбитальный телескоп «Кеплер», который был запущен в космос 6 марта 2009 года. Его миссия — поиск так называемых «экзопланет», то есть пригодных для жизни планет за пределами нашей Солнечной системы.

«Кеплер» ищет в космосе не просто любые экзопланеты, а именно аналоги Земли. К октябрю 2010 года, когда сдается в печать этот номер GEO, ученые открыли 493 экзопланеты. Но все они были непригодными для жизни газовыми образованиями без твердой поверхности и морей. Не стала исключением и недавно открытая экзопланета Фомальгаут-б (фото на стр. 98). Это первая экзопланета, которую астрономы смогли сфотографировать в видимом свете.

Билл Боруки пытается найти экзопланеты с твердой поверхностью, вращающиеся вокруг своих звезд в пределах «зоны обитания», то есть на расстоянии, при котором на планете может преобладать умеренная температура и возможно наличие жидкой воды. Это главное условие для существования всех известных нам форм жизни.

Звезда, вокруг которой вращается такая планета, должна быть в идеале ненамного больше и горячее нашего Солнца. Иначе срок ее жизни будет недостаточно долгим для обеспечения сколько-нибудь серьезной биологической эволюции.

 

Есть ли жизнь на других планетах? В науке веками господствовало мнение Аристотеля, который утверждал: Земля уникальна, ее обитатели — одни во Вселенной. Но 400 лет назад был изобретен телескоп, и стоило человеку прильнуть к его окуляру, как стало ясно: между Землей и ближайшими к ней планетами Солнечной системы нет принципиальных различий. На Луне есть горы, у Юпитера есть свои луны, а на Марсе — ледяные полярные шапки. С тех пор астрономы не прекращают искать внеземную жизнь. Но даже при помощи самых мощных телескопов и самых чувствительных космических зондов никаких признаков жизни на других планетах Солнечной системы обнаружить не удалось. Предполагается лишь, что на Марсе или на Европе, спутнике Юпитера, могут в прин­ципе обитать простейшие микробы.

Но есть и другие звезды. В одной лишь Галактике Млечный Путь, в которой находится и наша Солнечная система, насчитывается не меньше 100 миллиардов звезд. Часть из них подобны нашему Солнцу — и по степени яркости, и по возрасту.

А если вокруг них вращаются планеты, то в Галактике могут существовать мириады миров, похожих на «голубую точку во Вселенной», как назвал Землю американский астроном Карл Саган.

Как считал Саган, наша Солнечная система с небольшой звездой типа «желтый карлик» в центре и каменистыми планетами вокруг нее — самое обычное явление во Вселенной. Да и сама Земля, скорее всего, вполне рядовая планета. Так, во всяком случае, гласит «принцип Коперника», названный так в честь автора гелиоцентрической системы мира, в которой Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот. Созданная Коперником математическая модель мира противоположна представлениям Аристотеля и опровергает идею уникальности Земли. Отсюда и напрашивается вывод: земная жизнь не уникальна.

Но если за пределами нашей Солнечной системы действительно обитают разумные существа, то перед человечеством встают философские вопросы. Например: как увязать внеземную жизнь с нашим представлением о том, что человек — «венец творения»? Или: что делать, если окажется, что космические братья по разуму превзошли нас и создали более развитую цивилизацию? И каким тогда будет наше место в этом мироздании? Вполне возможно, что мы просто проигнорируем научное открытие и, как ни в чем не бывало, продолжим заниматься своими делами. Ведь 500 лет назад европейцев тоже особо не волновало, что на других континентах живут неведомые им народы со своей высокоразвитой культурой.

 

Вот только суждено ли нам задаться такими вопросами? Билл Боруки с коллегами наверняка это скоро выяснят, года через три-четыре. К этому времени «Кеплер» наверняка обнаружит в космосе планеты земного типа. Если, конечно, они там вообще есть.

Точнее, телескоп обнаружит не сами планеты, а их тени — короткие затмения центральной звезды в моменты, когда планета пересекает линию видимости между светилом и Землей, заслоняя от наблюдателя часть звездного света. Такой способ поиска экзопланет называется «транзитным методом», по такому принципу и работает «Кеплер» (см. стр. 104). Еще в 1984 году Боруки предположил, что экзопланеты можно вычислить по изменениям яркости свечения звезд. «Тогда все считали, что это нереально», — вспоминает ученый.

В 1992 году Билл Боруки предложил НАСА создать орбитальный телескоп нового типа, но космическое агентство ответило отказом. Однако ученый и не думал сдаваться: каждые два года он отправлял руководству НАСА очередной, усовершенствованный проект телескопа.

НАСА было неприступно: проект якобы слишком дорог, датчики телескопа якобы будут реагировать на вибрации космического аппарата-носителя. Но прошло восемь лет, и дело сдвинулось с мертвой точки. Боруки выделили 300 миллионов долларов на создание телескопа. Проект назвали в честь немецкого астронома Иоганна Кеплера (1571—1630). «Наверное, руководство НАСА поняло, что у нас получится, — говорит Боруки. — Или же я их просто достал».

А может, просто пришло время для «Кеплера»? Ведь к тому моменту на Земле уже разразилась экзопланетная лихорадка.

Изучение экзопланет началось совсем недавно. В сентябре 1995 года один астрофизик писал: «До сих пор не обнаружено ни одной иной планетарной системы. Отсутствие таких находок уже может считаться статистически значимым результатом». Проще говоря: если бы в космосе существовали планетарные системы, то их бы уже обнаружили. А раз они до сих пор не найдены, значит, их нет совсем.

Но 5 октября 1995 года астрофизики Мишель Майор и Дидье Кело из университета Женевы выступили с сенсацией. Они объявили о том, что с помощью наземного телескопа им удалось обнаружить на орбите звезды 51 Пегаса, удаленной от Земли примерно на 50 световых лет, признаки планеты размером с Юпитер. Через неделю эти данные подтвердила группа ученых под руководством Джеффри Мэрси из университета Сан-Франциско.

С тех пор поиск планет за пределами Солнечной системы, потенциально пригодных для жизни, стал одним из самых динамичных и популярных направлений астрономии. Хотя ученые и по сей день не располагают ни одной сколько-нибудь детальной фотографией такой планеты.

В конце 2008 года ученые впервые опубликовали снимок с более или менее достоверным изображением экзопланет — они похожи на три светлые точки вокруг звезды HR 8799. Речь идет об инфракрасном, то есть тепловизионном снимке, на котором планеты видны только потому, что они в силу своего весьма молодого возраста излучают тепло.

Фомальгаут-б — единственная сегодня экзопланета, которую удалось различить в видимом свете, то есть так же, как мы видим в телескоп Марс, Юпитер и другие планеты Солнечной системы. В ноябре 2008 года исследователи из США представили миру фотографии Фомальгаута-б, сделанные телескопом «Хаббл», который, в отличие от «Кеплера», оборудован оптическими приборами. Впрочем, некоторые ученые тут же высказали сомнения в том, что светящаяся точка на снимке — действительно планета, вращающаяся вокруг неподвижной звезды.

Сфотографировать планету в оптическом спектре очень сложно. Расстояние от Земли до ближайшей звезды составляет четыре световых года — это в 53 000 раз больше, чем до Юпитера. А все открытые к настоящему времени звезды с планетарными системами находятся еще дальше. Из-за этого отраженный экзопланетой свет материнской звезды крайне слаб. К тому же его затмевает сияние самой звезды. С таким же успехом можно попытаться сфотографировать светлячка на фоне автомобильных фар, работающих в режиме «дальнего света».

Поэтому планету на орбите звезды 51 Пегаса (и большинство остальных открытых к настоящему времени экзопланет) удалось обнаружить не по отраженному ими свету, а благодаря вызванному ими колебанию материнских звезд. Дело в том, что планета вращается отнюдь не вокруг геометрического центра материнской звезды. Оказывая гравитационное воздействие на звезду, планета вовлекает ее в «парный танец» и заставляет синхронно раскачиваться вокруг общего центра тяжести. Поскольку звезда гораздо тяжелее планеты, этот общий центр тяжести находится очень близко к центру массы самой звезды. Вот почему звезда кажется неподвижной.

Но внимательно рассмотрев ее свет, станет понятно, что звезда тоже движется. Исходящие от нее световые волны слегка колеблются, то растягиваясь, то сжимаясь в ритме «парного танца» с планетой. Такие колебания называются «вобуляцией» — от английского wobble, то есть «раскачиваться». Этот эффект возникает при наблюдении издали за движущимся источником света, поскольку при приближении такого источника света к наблюдателю пики и спады идущих от него световых волн чередуются быстрее, а при удалении — медленнее. Более известный пример этого эффекта — колебание частоты звуковых волн. Например, звуки сирены приближающейся и удаляющейся «Скорой помощи» кажутся на слух разными по высоте. Этот эффект назван «допплеровским» в честь австрийского физика Кристиана Допплера. Способ обнаружения экзопланет по звездной вобуляции называется также «допплеровским».

Его главное преимущество — он дешевле космической фотосъемки с применением орбитальных обсерваторий типа «Хаббл», поскольку для таких исследований достаточно наземных телескопов. Но у него есть и свои недостатки. Допплеровский метод не позволяет точно определить размеры невидимого небесного тела и понять, что оно из себя представляет — гигант ли это наподобие Юпитера, состоящий из газа и потому непригодный для жизни? Шар ли это меньшего размера, больше похожий на Землю? Вобуляция позволяет судить лишь о минимальной массе планеты. Если масса планеты меньше минимума, то эффект искажения света звезды выражен настолько слабо, что его нельзя измерить. Истинный размер и фактическая масса обнаруженной планеты остаются неизвестными.

Если исходить из количества уже обнаруженных экзопланет, то планетарная система должна быть у не менее чем семи процентов звезд солнечного типа. Однако на деле их может оказаться намного больше — при условии, что во Вселенной преобладают планеты небольшого размера. Большинство открытых на сегодня планет относится к весовой категории Юпитера или превосходит его по массе. Но благодаря применению более совершенных методов измерения частотных колебаний в последние годы удалось выявить и экзопланеты меньшего размера. Самую маленькую из них обнаружил в апреле 2009 года Мишель Майор: минимальная масса непригодной для жизни экзопланеты, вращающейся вокруг красной карликовой звезды Глизе 581 в созвездии Весов, лишь вдвое превышает земную. Еще меньше по размеру может оказаться планета, о которой сообщили в августе 2010 года астрономы из Гарварда. В диаметре она всего в полтора раза больше Земли. Предположительно она вращается вокруг тусклой звезды солнечного типа, которую ученые засекли на расстоянии 2100 световых лет от Земли при помощи телескопа «Кеплер» и назвали «Кеплер-9».

Но даже если эта планета действительно существует, жизнь на ней невозможна — ее орбита слишком близка к центральной звезде. На большем отдалении от звезды Кеплер-9 вращаются две газовые планеты с массой Сатурна, их существование американские ученые считают установленным фактом. Еще одну большую планетарную систему открыли недавно швейцарские астрономы: они обнаружили пять планет, вращающихся вокруг звезды HD-10180 на расстоянии 127 световых лет от Земли. Больше того, этой осенью астрономы сообщили об обнаружении на орбите этой звезды признаков еще двух потенциальных планет. Если это действительно так, то речь идет о самой крупной известной планетарной системе наряду с Солнечной системой.

Потенциально обитаемыми можно с уверенностью считать только планеты земных размеров, вращающиеся на оптимальном расстоянии от звезд того же размера и спектрального класса, как Солнце. В конце концов, мы живем именно на такой планете. Есть ли в космосе аналоги такой звездно-планетной пары? Для ответа на этот вопрос одного допплеровского метода недостаточно. Как уже говорилось, точно установить размеры планеты с его помощью невозможно. Поэтому Билл Боруки и его команда сконструировали принципиально новый «детектор экзопланет» — телескоп «Кеплер».

«Кеплер» неотрывно следит примерно за 170 000 одних и тех же звезд. Миссия телескопа рассчитана на три с половиной года, в течение которых его 1,4-метровое зеркало будет наведено строго на определенную зону космоса в районе созвездий Лебедя и Лиры. Движется «Кеплер» не вокруг Земли, а вслед за ней по околосолнечной орбите — на таком отдалении, чтобы отраженный от нашей планеты солнечный свет не создавал помех в работе его датчиков.

Чтобы защитить светочувствительный элемент телескопа от прямых солнечных лучей, достаточно каждые три месяца слегка поворачивать его трубу вокруг продольной оси. При этом «Кеплер» ни на мгновение не упускает из виду ни одну из 170 000 звезд. Телескоп улавливает их свет, но передает на Землю не фотографии, а фотометрические графики.

Уже в этом году «Кеплер» может поймать тень «планеты-близнеца» Земли, проходящую перед материнской звездой на расстоянии, оптимальном для развития жизни. Но известие об этом сенсационном открытии будет опубликовано не раньше, чем через три-четыре года. «Сначала нужно будет провести контрольные наблюдения за всеми нашими потенциальными транзитными объектами при помощи наземных телескопов с применением допплеровского метода, — объясняет Боруки. — Только после этого можно будет уверенно утверждать, что обнаруженный объект не просто отбрасывает тень на звезду, но и раскачивает ее, а значит, он точно является планетой».

Дело в том, что создавать иллюзию транзита планеты могут многие явления: например, «звездотрясения», изучением которых занимается астросейсмология (наука, изучающая внутреннее строение звезды по ее сейсмической активности). Или случайные объекты, пролетающие на фоне звезды. Но самая большая «головная боль» для астрономов — пятна на звездах.

«На звездах есть пятна. Причем чем моложе звезда, тем больше пятен», — говорит Боруки. По статистике, примерно треть из 170 000 наблюдаемых «Кеплером» звезд моложе Солнца, и на них слишком много пятен. Это значит, что там не стоит искать планеты. Зато остальные 100 000 звезд, по расчетам Боруки, должны быть достаточно «незапятнанными».

«Этого вполне достаточно, — говорит Билл Боруки. — При таком большом объеме наблюдений результаты наших измерений в любом случае будут статистически показательными. То есть если вокруг каждой из ста тысяч звезд вращается планета земных габаритов с такой же околозвездной орбитой, как у Земли, значит «Кеплер» должен обнаружить 40-50 таких планет». Дело в том, что, по статистике, лишь малая их доля попадает в фокус телескопа.

Так что обнаружение 50 «двойников» Земли будет означать, что почти у каждой звезды есть на орбите такая планета. Если же «Кеплер» отыщет только 20 подобных планет, следовательно, они есть лишь у половины звезд. А если они вообще не обнаружатся, значит, у звезд не бывает планет земного типа и наша Солнечная система — редкое исключение.

Вряд ли хоть один астрофизик рассчитывает на такой итог. Первооткрыватель экзопланет Джеффри Мэрси говорит: «Если бы букмекерские конторы принимали ставки на результаты проекта, я бы поставил деньги на то, что «Кеплер» обнаружит планеты, на которых теоретически может существовать жизнь».

Больше всего на это надеются ученые из Института по поиску внеземного разума (SETI). Директор института Джилл Тартер с 1993 года ищет част­ных спонсоров для финансирования программы по выслеживанию радиосигналов, отправленных внеземными цивилизациями. Она надеется, что в случае обнаружения экзопланет земного типа энтузиазм спонсоров возрастет и ей удастся привлечь больше меценатов для оплаты расходов по эксплуатации радиотелескопов. Правда, большинство звезд, за которыми наблюдает «Кеплер», удалены от Земли на сотни световых лет. Так что оттуда до нас могут дойти куда более слабые радиосигналы, чем от менее удаленных звезд, находящихся в пределах досягаемости радиопередатчиков. Тартер уверена: «Где-то во Вселенной может находиться инопланетный мегапередатчик. Мы, земляне, конечно, не можем соорудить радиопередатчик такой мощности. Но ведь это не значит, что на такое не способна более продвинутая цивилизация!»

Исследователи из группы Билла Боруки далеки от подобных идей. Они лишь хотят выяснить, сколько в космосе планет, на которых потенциально возможна жизнь. Но Боруки тоже хотелось бы, чтобы в космосе оказалось множество пригодных для жизни планет. В конце концов обитаемая Вселенная намного интереснее пустынного мира, в котором жизнь встречается лишь в виде исключения.

Но если такие планеты все же существуют и если они действительно обитаемы, то есть ли у нас шанс получить о них хоть какое-то визуальное представление? В принципе, это возможно.

НАСА и Европейское космическое агентство вынашивают планы по созданию орбитального супертелескопа. Американский проект TPF («Искатель планет земного типа») и его европейский аналог «Дарвин» предусматривают вывод на орбиту целой флотилии скоординированных инфракрасных космических телескопов. Только они смогут отличить свет, отраженный ближними экзопланетами, от свечения их материнских звезд. При помощи таких телескопов можно будет определить и состав атмосферы на планете. Наличие в атмосфере некоторых газов — например, свободного кислорода — считается почти стопроцентным признаком существования жизни.

Однако реализация столь дорогого проекта возможна только на третьем этапе исследований. Пока же перспективы примерно таковы: если в ходе миссии «Кеплера» будет точно установлено, что во Вселенной часто встречаются планеты земного типа, то на втором этапе ученые попытаются отыскать их в ближайшем космическом окружении Земли. Это можно будет осуществить при помощи «Космического интерферометрического зонда», который НАСА рассчитывает запустить не ранее 2018 года. Если же в пределах «зоны обитания» на орбите какой-нибудь звезды солнечного типа, удаленной от нас всего на десять световых лет, обнаружится планета земных габаритов, то уже будет намного проще добиться выделения пяти-десяти миллиардов евро на создание телескопа класса «Дарвин» или TPF. Ведь даже самое скупое правительство не пожалеет денег, чтобы узнать, есть ли жизнь на новоявленной «второй» Земле, согретой лучами не нашего Солнца.

03.05.2011