LHS 1140b, или планета, которая может изменить наши представления о жизни во Вселенной
Еще совсем недавно поиски жизни за пределами Земли напоминали попытку найти иголку в стоге сена. Только вместо иголки у них была «вторая Земля», а вместо сена - бескрайнее звездное небо. Астрономы открывали экзопланеты - миры вращающиеся вокруг других звезд - пачками. Среди них были раскаленные газовые гиганты, ледяные гиганты, планеты с орбитой длиной всего несколько часов и даже такие, где год длится меньше суток. Но почти все они объединяло одно: жизнь в привычном нам понимании там выглядела практически невозможной. Учёные мечтали о каменистой планете с атмосферой, водой и температурой, как у нас. Чтобы океаны были жидкими, а не замерзшими или кипящими. Но долгое время любые новости об этом звучали с кучей оговорок: «возможно», «предположительно», «если». Настоящего, четкого «да» не было. И тут бац! - событие, которое астрономы называют прорывом.
Речь идет о планете LHS 1140b. Формально она вовсе не новая, ее обнаружили еще в 2017 году. Но именно сейчас благодаря космическому телескопу James Webb ученые впервые получили убедительные доказательства того, что у этой каменистой планеты действительно есть атмосфера. Причем речь идет не о косвенных расчетах, а о реальном наблюдении вещества, покидающего верхние слои атмосферы.
Может показаться странным, что весь научный мир так обрадовался обнаружению обычного гелия. Ну есть газ вокруг далекой планеты, и что дальше? Но дело не в самом гелии. Важно другое. Его вообще удалось обнаружить. Представьте себе, что вы смотрите на дом, который находится за сотни километров. Самого дома почти не видно, но вы замечаете дым, поднимающийся из трубы. Даже не видя здания целиком, вы уже понимаете: труба существует, внутри есть воздух, а возможно, кто-то даже развел огонь. С LHS 1140b ситуация очень похожая. Астрономы увидели не всю атмосферу целиком - современные телескопы пока не способны фотографировать настолько далекие планеты в деталях. Вместо этого они обнаружили поток гелия, который постепенно улетает в космос (под действием мощного ультрафиолетового излучения звезды отдельные атомы получают столько энергии, что начинают постепенно покидать планету). А раз газ улетает, значит, ему есть откуда улетать. То есть атмосфера действительно существует и она протяженная. Раньше такое удавалось видеть только у газовых гигантов-монстров. А тут каменистая суперземля. Это первый случай, когда мы можем детально изучать атмосферу мира, похожего на наш. Для науки это невероятно важный момент.
И это только начало. Теперь, когда существование атмосферы подтверждено, астрономы могут искать в ней гораздо более сложные вещества: водяной пар, углекислый газ, метан и другие молекулы. Каждая из них это еще один кусочек огромной головоломки, из которой постепенно складывается портрет далекой планеты. Впервые в истории человечество не просто обнаружило еще один мир у другой звезды. Мы начали понимать, какой у него воздух. И еще десять лет назад подобная фраза прозвучала бы как научная фантастика.
Ведь до недавних пор главной проблемой большинства потенциально пригодных для жизни миров была именно неизвестность. Планета может находиться в так называемой зоне обитаемости, получать от своей звезды примерно столько же энергии, сколько Земля получает от Солнца, иметь подходящие размеры и массу, но если атмосферы нет, все эти достоинства практически теряют смысл.
Марс
Вспомните Марс. Когда-то там текли реки и плескались озера. А теперь холодная безжизненная пустыня. Почему? Потому что он потерял атмосферу. Без плотной газовой оболочки планета уже не может надежно удерживать тепло и защищать поверхность от жесткого космического излучения. Именно поэтому новость о LHS 1140b вызвала такой ажиотаж. Мы наконец получили один из первых действительно надежных примеров каменистой планеты в обитаемой зоне, которая, судя по наблюдениям, сумела сохранить атмосферу.
Но самое интересное это даже не атмосфера. Некоторые модели показывают, что под ней может скрываться целый планетарный океан, настоящий, огромный водный мир, покрывающий большую часть поверхности. Представьте, что материков нет. Вообще. Нет гор, нет континентов, только бескрайняя водная гладь, уходящая за горизонт. А под многокилометровым слоем воды скалистое ядро. Если это подтвердится, LHS 1140b станет главным кандидатом для поиска внеземной жизни. Все крупные обсерватории мира сейчас смотрят именно на неё. Мы, возможно, впервые в истории оказались так близко к ответу на древний вопрос: Мы одни во Вселенной, или где-то там, в 48 световых годах от нас, уже давно есть кто-то еще?
Какая же ты, LHS 1140b?
Если бы мы могли сесть на космический корабль и рвануть к LHS 1140b, путешествие было бы оооочень долгим. Даже свет, самая быстрая штука во Вселенной, добирается туда почти 48 лет. Это значит, что мы видим планету такой, какой она была полвека назад. Когда свет, попавший сегодня в телескоп Джеймса Уэбба, только отправился в путь, у нас не было ни смартфонов, ни соцсетей, а интернет был диковинкой. Но по космическим меркам 48 световых года это почти соседи. Наша галактика шириной 100 тысяч световых лет, так что LHS 1140b у нас буквально на районе. Именно относительная близость и сделала ее одной из главных целей для современных телескопов.
Планета вращается вокруг звезды с довольно непримечательным названием LHS 1140. Это красный карлик, самый распространенный тип звезд во Вселенной. По оценкам астрономов, именно красные карлики составляют примерно три четверти всех звезд нашей Галактики. И вот здесь начинается первое серьезное отличие от нашей Солнечной системы.
Красные карлики это не копия нашего Солнца. Они значительно меньше, холоднее и светят намного слабее. Если бы вместо нашего Солнца внезапно оказался красный карлик вроде LHS 1140, на Земле наступили бы вечные сумерки. Днем было бы светло, но привычного яркого солнечного света уже не существовало бы.
Казалось бы, если звезда тусклая, откуда планете брать тепло? Хитрость в том, что планета расположена значительно ближе к материнской звезде, нежели Земля.
Для сравнения: Земля находится примерно в 150 миллионах километров от Солнца. Именно это расстояние обеспечивает комфортную температуру, при которой вода остается жидкой.
LHS 1140b получает примерно похожее количество энергии, но делает это совсем иначе. Она обращается вокруг своей звезды примерно за 25 земных суток, тогда как Земле на полный оборот требуется целый год. Но поскольку её звезда светит значительно слабее Солнца, столь близкая орбита вовсе не превращает планету в раскаленный ад. Наоборот, именно такое расстояние позволяет ей оказаться внутри так называемой зоны обитаемости, где при наличии подходящей атмосферы вода может существовать в жидком состоянии. Именно атмосфера здесь играет ключевую роль. Без нее даже идеальное расстояние ничего не гарантирует.
В нашей собственной Солнечной системе это хорошо видно на примере Марса. Формально он тоже находится недалеко от внешней границы зоны обитаемости, однако из-за очень разреженной атмосферы его средняя температура составляет около –60 °C.
Венера демонстрирует противоположную ситуацию. Она тоже находится в пределах зоны, где можно было бы ожидать умеренный климат, но ее чрезвычайно плотная атмосфера создала настолько мощный парниковый эффект, что поверхность разогрелась почти до 470 °C. Этого достаточно, чтобы расплавить свинец.
Но есть еще одна особенность этой планеты. Из-за очень близкой орбиты сила притяжения звезды постепенно затормозила вращение планеты. В результате LHS 1140b, скорее всего, находится в состоянии приливного захвата. Это означает, что она всегда повернута к своей звезде одной и той же стороной. На одной стороне вечный день, на другой вечная ночь. Жизнь? Казалось бы, какая тут жизнь? А вот и нет. Современные модели говорят, что если атмосфера достаточно плотная, она переносит тепло с освещенной стороны на темную. То же самое делают океаны, если они есть. В итоге вместо ледяного ада и раскаленной сковородки мы получаем огромную переходную зону - вечные сумерки, где климат может быть вполне мягким. Представьте себе мир, где солнце никогда не садится и не встает, а просто висит у горизонта вечность. Завораживающее зрелище, не правда ли? И возможно, именно так выглядит один из самых перспективных кандидатов на роль второй Земли.
Как можно изучить атмосферу планеты, которую невозможно увидеть?
Наверное, у многих возникнет вполне закономерный вопрос. Как мы вообще узнали об атмосфере, если планета за 50 световых лет? Неужели современные телескопы способны фотографировать поверхность таких далеких миров?
К сожалению, пока нет. И дело здесь вовсе не в слабости наших технологий. Представьте, что вы стоите в Москве и пытаетесь разглядеть светлячка, который летает где-нибудь во Владивостоке. Даже если взять самый мощный бинокль в мире, задача окажется практически невыполнимой. С экзопланетами ситуация еще сложнее. Проблема даже не в расстоянии, а в том, что рядом с планетой находится звезда. Она настолько яркая, что полностью затмевает собой крошечный мир, который вращается вокруг нее. Поэтому астрономы пошли другим путем. Они перестали пытаться рассмотреть саму планету, вместо этого они начали внимательно изучать свет звезды. Именно здесь начинается настоящая магия современной астрономии.
Орбита LHS 1140b расположена очень удачно для наблюдений с Земли. Каждые двадцать пять суток она проходит точно между своей звездой и нами. Такое событие называется транзитом. Во время транзита яркость звезды совсем немного уменьшается, потому что планета закрывает часть ее диска. Именно благодаря таким небольшим падениям яркости астрономы открыли тысячи экзопланет. Но James Webb умеет делать гораздо больше.
Представьте обычный белый фонарик и кусок цветного стекла. Если посветить через красное стекло, свет изменится. Через синее - тоже. Каждый материал пропускает одни цвета лучше, а другие задерживает. С атмосферой планеты происходит примерно то-же самое. Когда LHS 1140b проходит перед звездой, небольшая часть звездного света проходит не только мимо планеты, но и сквозь тонкий слой ее атмосферы, и вот здесь начинаются та самая магия современной науки. Различные газы ведут себя совершенно по-разному. Водяной пар поглощает одни длины волн, углекислый газ другие, метан третьи, гелий четвертые. Анализируя, каких именно цветов не хватает, ученые определяют, какие газы есть в атмосфере. А раз каких-то цветов стало меньше, значит, их поглотил определенный газ. Это называется транзитная спектроскопия. И это чертовски сложно. Яркость звезды меняется на доли процента, а изменения в спектре еще слабее. Раньше такое считали невозможным. Но Джеймс Уэбб создавали как раз ради таких сверхточных измерений. Сегодня это один из самых мощных инструментов для изучения экзопланет. Фактически ученые исследуют не саму планету, а тончайшую полоску света, которая прошла через ее атмосферу.
Кстати, все приборы телескопа охлаждены почти до абсолютного нуля. Зачем? Любое тёплое тело само излучает инфракрасный свет. Если бы телескоп нагрелся хотя бы до комнатной температуры, он буквально ослепил бы самого себя собственным тепловым излучением. Поэтому Webb постоянно скрывается в тени гигантского пятислойного солнечного экрана размером с теннисный корт. Благодаря ему научные приборы работают при температуре около -233 °C. Именно в таких условиях удается регистрировать едва заметные изменения в спектре света далеких звезд.
Что скрывается под облаками LHS 1140b?
Итак, ученые получили убедительные свидетельства того, что у LHS 1140b есть атмосфера. Но атмосфера это лишь верхушка айсберга. Самый интересный вопрос начинается сразу после этого. Что там под атмосферой?
К сожалению, сегодня ни один телескоп не способен увидеть поверхность этой планеты. Даже James Webb не может показать нам океаны, континенты или горные цепи. Все, что мы знаем, приходится восстанавливать буквально по кусочкам, словно археологи, пытающиеся представить древний город по нескольким найденным камням. Однако этих «камней» становится все больше. И некоторые выводы уже можно делать с довольно высокой уверенностью.
Первое, что важно понять, - LHS 1140b значительно крупнее нашей планеты. Ее радиус примерно в 1,7 раза больше земного, а масса почти в 5,5 раза превышает массу Земли. Гравитация там выше раза в полтора-два. Если бы вы там оказались, вам казалось бы, что вы постоянно носите тяжелый рюкзак. 80-килограммовый человек чувствовал бы себя на 130-150 кг. Прыгать - никакого удовольствия. Но у этого есть плюс: мощная гравитация отлично удерживает атмосферу. Такие планеты называют суперземлями. И да, это вовсе не означает, что перед нами огромная копия Земли с гигантскими лесами, океанами и животными размером с динозавров. Термин «суперземля» говорит только о размере и массе. Это каменистая планета, которая тяжелее Земли, но при этом гораздо легче ледяных гигантов вроде Нептуна.
А может ли там быть жизнь? Это самый сложный вопрос. И одновременно самый интересный. На сегодняшний день у нас нет никаких доказательств жизни на LHS 1140b. Ни кислорода, ни биологического метана, ничего. Но если там есть стабильная атмосфера, вода и энергия от звезды - три кита земной жизни - то это уже не фантастика, а объект для серьезных исследований. Возможно, жизнь редчайшая случайность. А может, если условия подходящие, она вспыхивает почти гарантированно. LHS 1140b это шанс перестать гадать и начать проверять. Но сама возможность существования жизни уже не выглядит невероятной.
Тут думаю нужно небольшое отступление, так как астрономы красных карликов недолюбливают. И, в целом, на то есть причины. Да, именно вокруг них легче всего искать небольшие каменистые планеты. Да, они составляют около 70–75% всех звезд в нашей галактике. И если где-то искать потенциально обитаемые миры, статистика буквально заставляет обратить внимание именно на них. Но была одна серьезная проблема. Красные карлики далеко не так спокойны, как наше Солнце. Некоторые из них способны неожиданно увеличивать свою яркость в десятки, а иногда и в сотни раз. Такие вспышки сопровождаются мощным потоком ультрафиолетового и рентгеновского излучения, а также выбросами заряженных частиц. Если в этот момент рядом находится планета, весь этот поток буквально обрушивается на ее атмосферу, и звездный ветер может попросту «сдуть» атмосферу, как это случилось с Марсом.
Да, героиня нашей статьи близко к материнской звезде, но LHS 1140 оказалась на удивление спокойной. Да и сама планета массивнее Земли, и ее гравитация сильнее держит воздух. Есть еще один возможный защитник - магнитное поле. У Земли оно создается движением расплавленного железа во внешнем ядре. Именно магнитное поле отклоняет большую часть заряженных частиц солнечного ветра. Во время сильных солнечных бурь часть этих частиц все же достигает атмосферы и вызывает полярные сияния. Но без магнитного поля последствия были бы гораздо серьезнее. Есть ли такое поле у LHS 1140b? Пока никто не знает. Мы еще не умеем измерять магнитные поля экзопланет напрямую. Но если оно существует, это значительно повышает шансы на то, что атмосфера могла сохраниться на протяжении миллиардов лет.
Когда Галилей впервые направил телескоп на Юпитер, он увидел четыре небольшие точки, которые двигались рядом с планетой. Позже стало ясно, что это его спутники. Тогда это открытие перевернуло представления людей о космосе.
Сегодня мы переживаем похожий момент. Только теперь объектами исследований становятся уже не соседи по Солнечной системе, а миры, находящиеся у других звезд.
Да, мы знаем массу этой планеты, знаем размер, расстояние до звезды, но мы не знаем даже, какого цвета ее поверхность. До прямых фотографий поверхности LHS 1140b еще очень далеко. Скорее всего, пройдет не одно десятилетие, прежде чем технологии позволят увидеть этот мир таким, каким мы сегодня видим Марс или Юпитер. А может быть, понадобится и целое столетие. Но самое главное уже произошло. Человечество перестало ограничиваться вопросом: «Есть ли там планета?» Теперь мы спрашиваем какая у нее атмосфера? Есть ли на ней океаны? Какой там климат? Может ли существовать жизнь?
Это совсем другой уровень познания. Каждый новый ответ рождает десятки новых вопросов. И именно так всегда развивалась наука. LHS 1140b вполне может оказаться обычной суперземлей без единого живого организма. Может оказаться холодным миром с океаном, скрытым под многокилометровым льдом. А может действительно стать первым известным человечеству миром, где существуют все необходимые условия для жизни. Мы пока не знаем. И в этом нет ничего плохого. Наоборот.
Самое интересное в науке начинается именно тогда, когда честный ответ звучит так: «Мы пока не знаем. Но уже научились искать.» Возможно, через несколько лет новые наблюдения James Webb покажут, что в атмосфере LHS 1140b есть водяной пар, углекислый газ или другие молекулы, которые помогут понять, как устроен этот мир. В будущем к поискам подключатся еще более мощные телескопы, как космические, так и наземные. Они смогут изучать экзопланеты с точностью, которая сегодня кажется невероятной. И вполне возможно, что именно одна из таких планет однажды даст человечеству ответ на вопрос, который мы задаем себе с древнейших времен.
