Спустя годы тщательных поисков, наблюдений и исследований международная команда ученых обнаружила неопровержимые доказательства существования планеты, вращающейся вокруг ближайшей к солнцу звезды - Проксимы Центавра. Этот красный карлик является частью соседней звездной системы Альфа Центавра. На сегодняшний день эта экзопланета является, пожалуй, одной из самых захватывающих космических находок последнего времени.
Новая экзопланета
Планета называется Проксима Центавра b (сокращенно Проксима b) и, по всей вероятности, только немногим больше Земли. Кроме того, планета находится на таком расстоянии от звезды, чтобы обеспечить идеальную температуру для появления воды на поверхности.
Проксима Центавра - слабая карликовая звезда, находящаяся на расстоянии четырех световых лет от Земли. Несмотря на сравнительно небольшую дистанцию, с поверхности нашей планеты Проксиму нельзя увидеть невооруженным глазом, она слишком мала. Самая ближайшая видимая звезда - Альфа Центавра. Проксима наверняка связана с Альфой (которая является двойной звездой) гравитационным полем.
Поиски новых миров
Как только ученые осознали возможность существования похожих на Землю экзопланет, их телескопы обратились к ближайшей звезде. Новое открытие произошло в результате тщательного исследования данных, собранных Южно-Европейской Обсерваторией на протяжении 14 лет, с 2000 по 2014. Подтверждающие данные были собраны в первой половине 2016 года.
Открытие экзопланеты было сделано с помощью эффекта Доплера, который позволяет с высокой точностью наблюдать лучевую скорость небесного объекта и по ее изменению определять длину волн световых колебаний.
Что мы знаем о новой планете?
Как минимум одна планета, вращающаяся вокруг Проксимы Центавра, существует вне всяких сомнений. Ее солнечный год состоит из одиннадцати дней, потому что расстояние между планетой и звездой не превышает семь миллионов километров - гораздо меньше, чем между Солнцем и Меркурием. Из наблюдений следует, что Проксима b сравнительно небольшого размера, ее минимальная масса составляет 1.27 массы Земли.
По сравнению с пылающей поверхностью Солнца, Проксима Центавра больше похожа на небольшой раскаленный уголек. Например, если бы новая планета находилась на таком же расстоянии от Проксимы, как Земля от Солнца, она была бы полностью замерзшей. Однако температура поверхности Проксимы b может как раз идеально подходить для жизни. Если новая экзопланета в действительности похожа на Землю, то она расположена как раз в правильном месте для существования воды на поверхности.
Возможность существования жизни
Мы знаем, что Проксима b - подходящего размера, находится в подходящем месте и, вероятно, поддерживает подходящую температуру, но достаточно ли этих характеристик для образования жизни на планете? Возможно, но для этого должен идеально совпасть еще ряд других характеристик.
Из-за того, что Проксима b расположена так близко к своей звезде, она, почти точно, вращается синхронно, находясь в приливном захвате. Это значит, что планета повернута к звезде только одной стороной, и ее позиция не меняется. Получается, что на одной половине планеты всегда свет и тепло, а на другой - тьма и холод.
На протяжении многих лет ученые полагали, что подобные условия никак не могут поддерживать жизнь. Темная сторона должна быть настолько холодной, что любая существующая атмосфера просто примерзнет к поверхности, оставив планету без воздуха. Однако более поздние модели предполагают, что и в условиях приливного захвата может сохраниться атмосфера, если она правильного состава и если температура ядра планеты, а также поверхности ее светлой части, достаточна для того, чтобы обеспечить минимальным теплом темную сторону. В таких условиях темная сторона тоже может быть вполне обитаемой.
На сегодня у ученых недостаточно информации, чтобы определить, может ли Проксима b поддерживать жизнь на своей поверхности.
Магнитосфера и звездная активность
Приливной захват - не единственная возможная проблема на пути существования жизни на Проксиме b. Проксима Центавра является активной звездой, и часто на ее поверхности происходят сильные бури, мегавспышки и корональные выбросы массы, которые способны уничтожить любую атмосферу планеты, вращающейся вокруг нее.
Этого не происходит с Землей, даже несмотря на то, что Солнце активнее и больше, чем Проксима Центавра, потому что у нашей планеты сильная магнитосфера, защищающая нас от вредной солнечной активности. Если подобная магнитосфера есть и у новой планеты, то она оснащена своеобразным щитом, защищающим не только атмосферу, но и саму поверхность.
Предполагаемая масса Прксимы b намекает на то, что при похожем на Землю составе,у нее вполне может быть собственное защитное магнитное поле. Возможно, эта планета на самом деле пригодна для обитания.
Конечно, ученым пока слишком мало известно о новой планете, и возможности ее изучения крайне ограничены. Однако с постоянным развитием новых технологий остается надеяться, что совсем скоро мы узнаем больше о возможном близнеце нашей Земли.
В августе этого года ученые, едва сдерживая слезы радости, объявили об открытии землеподобной планеты Проксима b , расположенной в ближайшей к нам звездной системе. Изучив все собранные о ней сведения, ученые пришли к выводу, что планета может иметь подходящую для дыхания атмосферу и даже, возможно, имеет участки, покрытые водой.
Предполагаемый пейзаж на Проксиме b
Результаты же последнего исследования этого мира предлагают нам сразу и хорошие, и плохие новости. Плохие новости заключаются в том, что планета, вероятнее всего, испытывает частые вспышки «массового вымирания», которые вызываются активностью ее родной звезды. Хорошие же новости заключаются в том, что, несмотря на это, компьютерные симуляционные модели показывают, что планета по-прежнему может поддерживать жизнь.
В рамках компьютерных симуляций ученые выяснили, что если Проксима b на самом деле обладает атмосферой или магнитным полем, аналогичным земным, то жизнь на ее поверхности действительно будет возможна. Однако, если этих защитных барьеров планета не имеет, все живое, если оно там, конечно, было, скорее всего, уже давно вымерло.
Сделаем шаг назад и разберемся в том, что представляет из себя планета Проксима b. Во-первых, очень большой интерес она вызывает тем, что это ближайший к Земле кандидат на звание землеподобной планеты. Она расположена всего в 4,25 световых года, или 40 триллионах километрах, от нас.
Конечно же, на первый взгляд цифра, напротив, может показаться как раз очень большой, однако раньше звание ближайшей к нам землеподобной планеты принадлежало объекту, расположенному в 14 световых годах. Разумеется, на данный момент планета находится за гранью возможностей наших нынешних технологий космических путешествий, однако в перспективе эта планета наверняка станет первой в списке планет за пределами Солнечной системы, которую ученые захотят посетить.
На самом деле, нанести визит планете в 2060 году собрался российский миллиардер Юрий Мильнер. Не сам, конечно, а с помощью крошечного беспилотного космического аппарата на лазерной тяге.
Во-вторых, Проксима b находится в так называемой зоне Златовласки. Это означает, что планета расположена к своей звезде достаточно близко, чтобы поддерживать воду в жидкой форме, и в то же время достаточно далеко, чтобы эта вода на ней вообще сохранилась. На фоне именно этого аспекта исследователи первоначально предположили, что планета может быть обитаемой.
В-третьих, радиус планеты примерно всего в 1,3 раза больше Земли, а сама она находится на орбите возле красного карлика Проксимы Центавра, являющегося частью звездной системы Альфы Центавра. Орбитальный период Проксимы b составляет 11,2 земных суток.
Ввиду слабой светимости родной звезды планета получает как раз такое количество тепла, чтобы вода на её поверхности могла существовать в виде жидкости и не замерзать в вечные льды. Предварительные подсчеты говорят о том, что температура на ее поверхности составляет -40 градусов Цельсия.
Казалось бы, почти идеальный зимний курорт. Однако есть одна большая проблема. Согласно новому исследованию, этот мир может сталкиваться с регулярными событиями, которые на той же Земле могли бы привести к массовому вымиранию. Виной тому является родная звезда, плюющая время от времени вспышками, уничтожающими все живое.
Другими словами, планета часто подвергается воздействию солнечных штормов, аналогичных тем, что испытывает Земля. Однако Земля обладает магнитосферой и плотной атмосферой, которые защищают ее от губительной радиации Солнца. Что же касается Проксимы b, у ученых пока не имеется убедительных доказательств того, что планета обладает такими же «защитными экранами».
С момента обнаружения Проксимы b астробиолог Димитра Атри из Института космических наук Блю Марбл в Сиэтле провел несколько компьютерных симуляций, чтобы выяснить, насколько часто происходят вспышки родной звезды и в каком случае жизнь на этой планете (если бы она там была) могла бы сохранить свое существование в рамках этих вспышек.
Результаты его работы показывают, что Проксима b действительно могла бы быть обитаемой, но все в первую очередь зависело бы от ее атмосферы.
«Я бы сказал, что слишком преждевременно называть Проксиму b обитаемой. Есть множество факторов, только с учетом которых можно было бы ответить на вопрос о том, способна ли эта планета поддерживать биосферу. Новые наблюдения и анализ помогут прояснить эту ситуацию», — говорит Атри.
Для того чтобы выяснить, в каких случаях жизнь на этой планете могла бы выжить, Атри принял во внимание тип и размер всех известных нам звездных вспышек во Вселенной; подобрал разные параметры плотности атмосферы планеты, а также разные показатели силы ее магнитного поля - ключевого компонента экранирования и защиты планеты от солнечного ветра.
Его расчеты показали, что все, что необходимо Проксиме b для того, чтобы считаться обитаемой, - это наличие атмосферы и магнитного поля, аналогичных земным.
С другой стороны, расчеты также показали, что при наличии тонкой, разряженной атмосферы и полном отсутствии магнитного поля планету не следует рассматривать в качестве многообещающего места для жизни.
До тех пор, пока мы не получим возможность изучить планету более детально — будь то лично или с помощью более продвинутых телескопов, — мы не сможем точно ответить на вопросы о том, какими на самом деле характеристиками она обладает. Однако Атри уточняет, что далеко не все симуляционные модели были проверены.
Если бы на планете находились устойчивые к суровым условиям микробы, то это была бы совсем другая история. И следующее, что собирается проверить Атри, является именно это. По крайней мере хотя бы в рамках компьютерных симуляций.
«Одним из важнейших аспектов при проведении этого исследования являлось предположение о том, что планета уже имеет мощное магнитное поле и плотный атмосферный экран. При реальном наличии этих особенностей у планеты, даже самые мощные звездные вспышки не нанесут серьезного вреда даже самой примитивной биосфере», — отмечает Атри.
Новая планета обращается вокруг звезды Проксима Центавра, которая находится в четырех световых годах от нас. «Это не только самая близкая к нам планета земного типа, это, вероятно, вообще самая близкая к нам планета за пределами Солнечной системы, поскольку ближе Проксимы Центавры звезд просто нет», — сказал на пресс-конференции журнала Nature один из участников исследования Ансгар Рейнерс (Ansgar Reiners) из Геттингенского университета в Германии.
Астрономы обнаружили намеки на существование планеты в данных Европейской южной обсерватории еще в 2000 году, но, чтобы подтвердить свое открытие, им понадобилось больше 15 лет. Планету обнаружили методом Доплера: обращаясь вокруг звезды планета тянет ее на себя, из-за этого звезда все время то немного придвигается к Земле, то отодвигается от нее. В результате меняется спектр излучения звезды, который ловят телескопы на Земле.
Температура на планете
Звезда Проксима Центавра — красный карлик, она меньше Солнца — ее масса составляет лишь 12% от солнечной — и намного тусклее — всего 0,15% от яркости Солнца. Масса планеты Проксима b — 1,3 земной. Исследователи полагают, что это планета земного типа. Она находится намного ближе к своей звезде, чем Земля к Солнцу. Расстояние между ними — 7,5 миллиона километров, это в 20 раз меньше, чем от Земли до Солнца. Оборот вокруг звезды Проксима b совершает за 11,2 дня.
Альфа Центавра AB и Проксима Центавра. Фото: Digitized Sky Survey 2 Acknowledgement: Davide De Martin/Mahdi Zamani
«На основе этой информации мы можем рассчитать температуру поверхности планеты, если не брать в расчет атмосферу — минус 40 градусов по Цельсию. Без атмосферы температура Земли была бы похожей — минус 20 градусов», — пояснил Рейнерс.
Вода, жизнь, атмосфера
На Проксиме b может быть жидкая вода, однако, есть ли она там на самом деле, точно неизвестно и зависит от истории формирования планеты и активности ее звезды. Возраст обеих сопоставим с возрастом Солнца и Земли соответственно. Однако рассуждения об их истории пока являются областью чистых спекуляций.
Возможно, вода и атмосфера сначала были, а затем их не стало, потому что атмосферу унесло звездным ветром Проксимы Центавра. Однако мы не знаем, насколько звезда была активна в прошлом. Возможно, от звездного ветра планету защитило магнитное поле, подобно тому как магнитное поле Земли защищает нашу планету от солнечного ветра, но мы не знаем, есть ли оно у Проксимы b. Может быть, планета сначала потеряла воду и атмосферу, а затем, как и Земля, пережила « » кометами, которые снова принесли на нее воду. В общем, сценариев много, а что происходило и происходит на планете на самом деле, выяснится в процессе дальнейших исследований.
Однако, если атмосфера и вода найдутся, это еще не значит, что условия на планете так уж комфортны. «Проксима b получает больше рентгеновского и ультрафиолетового излучения, чем Земля. Если бы мы на Земле получили такую дозу, это бы повлияло на жизнь, хотя я не уверен, что живые организмы вымерли бы совсем», — отметил Рейнерс.
Исследование планеты
Землеподобные планеты за пределами Солнечной системы находили уже не единожды. Однако «эта планетная система намного ближе к нам, чем любая другая, и это значительно облегчает ее детальное изучение», подчеркнул Рейнерс.
Установить, есть ли у планеты атмосфера, можно, если она в какой-то точке своей орбиты окажется между своей звездой и Землей. Тогда атмосферу можно увидеть благодаря подсветке сзади. Но есть ли такое положение на орбите у Проксимы b, мы пока не знаем, и шансы на это не очень велики. Другая возможность — поймать
С помощью телескопов Европейской Южной Обсерватории (ESO) астрономам удалось совершить очередное удивительное открытие. На этот раз они обнаружили точные доказательства существования экзопланеты, вращающейся по орбите вокруг самой близкой к Земле звезды – Проксима Центавра. Мир, названный Проксима Центавра b (Proxima Centauri b), был давно разыскиваем учёными всей Земли. Теперь же, благодаря его открытию, установлено, что период его обращения вокруг родной звезды (год) составляет 11 земных дней, а температура поверхности этой экзопланеты является подходящей для возможности нахождения воды в жидком виде. Сам по себе этот каменный мир немного более крупный, чем Земля и, также как и звезда, стал самым близким к нам из всех подобных космических объектов. К тому же, это не просто самая близка к Земле экзопланета, это и самый близкий мир, пригодный для существования жизни.
Проксима Центавра является красным карликом, а расположена она на расстоянии 4.25 световых лет от нас. Своё название звезда получила не просто так – это ещё одно подтверждение близости к Земле, поскольку proxima переводится с латинского как “ближайшая”. Эта звезда расположена в созвездии Центавра, а светимость её настолько слаба, что её совершенно невозможно заметить невооружённым глазом, да к тому же она находится довольно близко к намного более яркой паре звёзд α Центавра AB.
Во время первой половины 2016 года Проксима Центавра регулярно исследовалась с помощью спектрографа HARPS, установленного на 3.6-метровом телескопе в Чили, а также одновременно другими телескопами со всего мира. Изучалась звезда в рамках кампании Pale Red Dot (бледная красная точка или красное пятнышко), во время которой учёные из Лондонского университета изучали колебания звезды, вызываемые присутствием на её орбите неустановленной экзопланеты. Название этой программы является прямой отсылкой к знаменитому изображению Земли с далёких рубежей Солнечной Системы. Тогда Карл Саган назвал этот снимок (голубое пятнышко). Так как Проксима Центавра является красным карликом, то и название программы было скорректировано.
Поскольку эта тема поиска экзопланеты вызвала широкий общественный интерес, прогресс учёных в этой работе с середины января по апрель 2016 году постоянно публично публиковался на собственном веб-сайте программы и через социальные медиа. Эти отчёты сопровождались многочисленными статьями, написанными специалистами со всего мира.
“Первые намёки на возможность существования здесь экзопланеты мы получили , но наши данные тогда оказались неубедительными. С тех пор мы упорно работали, чтобы улучшить наши наблюдения с помощью Европейской Обсерватории и других организаций. Так, например, планирование этой кампании заняло приблизительно два года”, – Гильем Англада-Эскуде, руководитель исследовательской команды.
Данные кампании Pale Red Dot, в объединении с более ранними наблюдениями, проведёнными в обсерваториях ESO и других, показали наличие чёткого сигнала присутствия экзопланеты. Было очень точно установлено, что время от времени Проксима Центавра приближается к Земле на скорости 5 километров в час, что равно обычной человеческой скорости, а затем отдаляется на той же скорости. Этот регулярный цикл изменения радиальных скоростей повторяется с периодом 11.2 дней. Тщательный анализ результирующих Доплеровских смещений указал на присутствие здесь планеты с массой, по крайней мере, в 1.3 раза больше массы Земли на расстоянии 7 миллионов километров от Проксимы Центавра, что составляет всего 5 процентов расстояния от Земли до Солнца. Вообще, подобное обнаружение стало технически возможно лишь в последние 10 лет. Но, фактически, сигналы даже с меньшими амплитудами были обнаружены и ранее. Однако звёзды не гладкие газовые шары, а Проксима Центавра очень активная звезда. Поэтому, точно обнаружение Проксима Центавра b стало возможно только после получения подробного описания того, как звезда изменяется на временных масштабах от минут до десятилетий, и контроля её светимости светоизмерительными телескопами.
“Мы продолжили проверять данные, чтобы полученный сигнал не противоречил тому, что мы обнаружили. Это делалось каждый день ещё в течение 60 дней. После первых десяти дней у нас появилась уверенность, через 20 дней мы поняли, что наш сигнал соответствует ожиданиям, а уже через 30 дней все данные категорически утверждали об открытии экзопланеты Проксима Центавра b, поэтому мы начали готовить статьи по этому событию”.
Красные карлики, такие как Проксима Центавра, являются активными звёздами и имеют в своём арсенале много уловок, чтобы иметь возможность подражать присутствию экзопланеты на их орбитах. Чтобы исключить эту погрешность, исследователи контролировали изменение яркости звезды с помощью телескопа ASH2 в обсерватории Сан-Педро-де-Атаками в Чили и сети телескопов Las Cumbres Observatory. Информация о радиальных скоростях, когда светимость звезды увеличивалась, была исключена из окончательного анализа.
Несмотря на то, что Проксима Центавра b вращается намного ближе к своей звезде, чем Меркурий вокруг Солнца, сама Проксима Центавра намного более слаба нашего светила. В результате этого обнаруженная экзопланета располагается точно в области вокруг звезды, пригодной для существования жизни в том виде, в котором мы её знаем, а предполагаемая температура её поверхности позволяет присутствовать воде в жидком виде. Несмотря на такую умеренную орбиту, условия существования на её поверхности могут находиться под очень сильным влияние ультрафиолетового излучения и рентгеновских вспышек от звезды, которые намного более интенсивны, чем те эффекты, которые оказывает Солнце на Землю.
Фактическая возможность этого вида планеты поддерживать жидкую воду и иметь жизнь, подобную земной, является вопросом интенсивных, но, главным образом, теоретических дебатов. Главные аргументы, которые говорят против присутствия жизни, связаны с близостью Проксимы Центавра. Например, на Проксима Центавра b могут быть созданы такие условия, при которых она всегда обращена к звезде одной стороной, из-за чего на одной половине вечная ночь, а на другой вечный день. Атмосфера планеты могла бы также медленно испариться или иметь более сложную химию, чем земная, из-за сильного ультрафиолетового и рентгеновского излучения, особенно в течение первого миллиарда лет жизни звезды. Однако до сих пор ни один аргумент не был доказан окончательно, и вряд ли они будут устранены без прямых наблюдательных доказательств и получения точных характеристик атмосферы планеты.
Две отдельные работы были посвящены обитаемости Проксима Центавра b и её климату. Установлено, что сегодня нельзя исключать существование жидкой воды на планете, и в таком случае она может присутствовать на поверхности планеты только в самых солнечных регионах, либо в области полушария планеты, всегда обращённого к звезде (синхронное вращение), или в тропическом поясе (3:2 резонансное вращение). Быстрое движение Проксима Центавра b вокруг звезды, сильное излучение Проксимы Центавра и история формирования планеты сделали климат на ней совершенно не таким, как на Земле, и маловероятно, что Проксима Центавра b вообще обладает сезонами.
Так или иначе, это открытие станет началом масштабных дальнейших наблюдений, как с текущими приборами, так и с последующим поколением гигантских телескопов, таких как Европейской Чрезвычайно Большой Телескоп (E-ELT). В последующие годы Проксима Центавра b станет главной целью для поиска жизни в другой точке Вселенной. Это вполне символично, поскольку система Альфа Центавра выбрана также целью первой попытки человечества переместиться в другую звёздную систему. Проект Breakthrough Starshot – это научно-исследовательский и инженерный проект в рамках программы Breakthrough Initiatives по разработке концепции флота космических кораблей, использующих световой парус, под названием StarChip. Такой тип космических кораблей будет способен совершить путешествие к звездной системе Альфа Центавра, удаленной на 4,37 световых лет от Земли, со скоростью между 20 и 15 процентов от скорости света, что займет от 20 до 30 лет соответственно и еще около 4 лет, чтобы уведомить Землю об успешном прибытии.
В заключении хочется отметить, что многие точные методы поиска экзопланет основываются на анализе её прохождения по диску звезды и звёздного света сквозь её атмосферу. В настоящее время нет никаких доказательств того, что Проксима Центавра b проходит по диску родительской звезды, а возможности увидеть это событие в настоящее время ничтожно слабые. Однако учёные надеются, что в будущем эффективность наблюдательных приборов возрастёт.