Kepler-452b: как находят «вторые Земли»?18.08.2015 20:22

Астроном Дмитрий Ионов объясняет, чем интересна новая экзопланета и может ли на ней существовать жизнь

В июле 2015 года НАСА объявило об открытии астрономическим спутником «Кеплер» очередной экзопланеты, получившей имя Kepler-452b. Мы попросили астронома Дмитрия Ионова ответить на главные вопросы о телескопе «Кеплер», его исследовательских возможностях, физических характеристиках новой планеты и о том, почему она вызвала широкий интерес.

— Каковы основные задачи миссии «Кеплер»?

— «Кеплер» — аппарат, который НАСА запустило в 2009 году специально для поиска экзопланет. Под экзопланетами понимаются все планеты, находящиеся за пределами нашей Солнечной системы. В 2015 году исполняется 20 лет с тех пор, как была открыта первая экзопланета у звезды солнечного типа. И, конечно, одной из самых волнующих перспектив всегда была возможность найти обитаемые планеты, следы жизни у других звезд.

При запуске «Кеплера» основной задачей спутника было найти потенциально обитаемую планету, похожую на Землю. Телескоп использует способ поиска экзопланет, который называют транзитом. Суть его очень проста: мы наблюдаем звезду, вокруг которой вращается планета, и если эта планета оказывается на линии нашего взгляда и проходит по диску звезды, то блеск звезды на это время уменьшается. Таким образом, точно измеряя яркость звезды, мы сможем регистрировать изменение блеска и найти экзопланету. Это и называется транзитом.

Первый транзит экзопланеты был открыт в 1999 году, еще до «Кеплера», однако при использовании подобного метода возникает несколько трудностей. Во-первых, метод позволяет обнаружить в первую очередь большие планеты. Во-вторых, для того чтобы определить точное расстояние от планеты до ее звезды, да и сам факт того, что эта планета существует, нужно поймать несколько транзитов, то есть подождать, пока планета пройдет на фоне диска звезды несколько раз. Например, мы ищем планету, похожую на Землю, период обращения которой вокруг Солнца составляет 365 дней, а значит, нам надо поймать транзиты, которые идут три года подряд. К тому же оказалось, что вероятность транзита в принципе не очень высока и количество планет, которое мы можем обнаружить таким образом, ограниченно.

Чтобы гарантированно найти экзопланеты земного типа, нужно запустить телескоп, который будет непрерывно наблюдать за небольшим участком неба, где видны несколько сотен тысяч звезд, и измерять яркость этих звезд в течение как минимум трех лет. С Земли нельзя постоянно наблюдать один и тот же участок неба, поэтому телескоп должен быть космическим. Такова идеология проекта «Кеплер», и именно поэтому он такой, каким мы его знаем сейчас.

— Насколько успешным оказался запуск телескопа? Какое количество планет удалось открыть?

— Миссию «Кеплер» можно признать успешной. Телескоп открыл уже несколько сотен планет. Так, название Kepler-452b означает, что это первая планета (b) в данной планетной системе (у звезды Kepler-452). Следующая планета в данной системе носила бы название Kepler-452c и так далее.

«Кеплер» уже открыл несколько планет, которые могут подходить для жизни, однако мы не можем быть в этом уверены. Всегда есть неопределенность, ведь, чтобы понять, подходит ли та или иная планета для жизни, нужно исследовать все планеты, на которых есть жизнь, и определить параметры, при которых она может возникнуть. А поскольку такая планета у нас только одна — Земля, то материала для исследования мало. Поэтому предполагают, что жизнь нашего типа требует для своего возникновения в первую очередь жидкой воды. На основании этого параметра вводят понятие «зона обитаемости». В зоне обитаемости находятся планеты, на которых может существовать жидкая вода, то есть зона, где вода потенциально не испаряется и не замерзает. Наличие на планете воды в жидком виде зависит и от яркости звезды, и от расстояния, на котором она находится от своей звезды.

— Какие дополнительные данные о планете, помимо положения в системе своей звезды, могут определить ее как «вторую Землю»?

— Дополнительные характеристики могут быть самые разные. Например, если мы обнаружим в зоне обитаемости не планету земного типа, а газовый гигант типа Юпитера, можно ли с определенностью утверждать, что на нем или рядом с ним жизни нет? Нельзя. Ведь у нашей планеты-гиганта Сатурна есть спутник Титан, у которого подходящая атмосфера. Если бы Сатурн находился на орбите Земли, то, может быть, на этом расстоянии от звезды на нем могла бы существовать жидкая вода, а по нашим предположениям, возможно, и жизнь.

На возможность жизни на планете влияет множество факторов: активность звезды, соседство с нестабильной звездной, наличие спутников у планеты (так, многие полагают, что возникновением жизни на Земле мы во многом обязаны Луне), наличие в системе планет-гигантов (например, Юпитер защищает нас от астероидов). Поэтому мы исходим из очень простого соображения: поскольку мы знаем, что жизнь есть на Земле, то, скорее всего, жизнь может возникнуть на планетах, которые максимально похожи на Землю, — вращаются у такой же звезды на такой же орбите, примерно такой же массы, возраста, с таким же радиусом и тому подобное. Именно поэтому обнаружение планеты Kepler-452b вызвало такой ажиотаж.

— Чем интересен Kepler-452b?

— Планеты в зоне обитаемости находили и раньше, в первую очередь газовые гиганты, у которых могут быть обитаемые спутники, а могут и не быть. Находили и «Земли». В 2014 году нашли известную планету Kepler-186f, но она вращается не у звезды типа нашего Солнца, относящегося к желтым карликам, а у красного карлика, который холоднее. Основываясь на этом, мы предполагаем, что вряд ли на ней могут быть подходящие условия для жизни. Красные карлики очень неспокойны с магнитной точки зрения, частые вспышки на этих звездах вызывают рентгеновское излучение, которое может вредить зарождающейся жизни.

Kepler-452b же находится в 1400 световых лет от нас у звезды, очень похожей на наше Солнце. Эта экзопланета находится в зоне обитаемости, практически на той же орбите, что и Земля, год на этой планете равен 385 земным суткам, а ее радиус на 60% больше, что относит планету к супер-Землям. То есть, если у нее такая же средняя плотность, как у Земли, —, а это самое простое и очевидное предположение, — это будет означать, что масса планеты больше земной в 4 раза, а гравитация на окрестности выше в 1,5 раза. Как мы видим, планета Kepler-452b очень похожа на Землю.

Кстати, вся планетная система Kepler-452b старше нашей на полтора миллиарда. Возраст звезды порядка 6 миллиардов лет, а Солнца — 4,5 миллиардов. Это тоже может играть роль в происходящем на планете.

— Можем ли мы на основании известных данных делать выводы о существовании жизни на Kepler-452b?

— После конференции НАСА в июле 2015 года множество СМИ написали, что на этой планете есть жидкая вода или обязательно должна быть. На самом деле мы этого не знаем, и, более того, ни планета, ни вода никому ничего не должны.

Так, в нашей системе Марс тоже находится в зоне обитаемости, и на нем жидкая вода была, но сейчас это холодный безжизненный мир. Поэтому, чтобы узнать, есть ли на Kepler-452b жизнь, мы должны сделать следующий шаг: прежде чем делать смелые заявления, необходимо узнать, какая у Kepler-452b атмосфера. Если атмосфера планеты, например, содержит слишком много парниковых газов, то она может разогреваться до температур, при которых вся вода испаряется. С учетом того, что планета Kepler-452b более массивна, чем Земля, этот вариант возможен.

Понимание состава атмосферы принципиально для дальнейших выводов. «Кеплер» — телескоп, который не приспособлен для исследования атмосферы. Он измеряет только блеск звезды. Для того чтобы исследовать атмосферу экзопланеты, нужно мерить спектр. Сегодня мы не сможем получить такие данные, но в 2020-е годы должны запуститься проекты, которые позволят нам узнать, из каких газов состоят атмосферы многих экзопланет. Это космический телескоп имени Джеймса Уэбба, который должен встать на замену Хаббла, и сорокаметровый телескоп ELT в Европейской южной обсерватории. Когда они заработают, мы сможем больше сказать об экзопланетах, правда, Kepler-452b мы таким образом исследовать пока не сможем. Двойники Земли, на поиске и исследовании которых будут концентрироваться новые проекты, должны находиться на расстояниях порядка 10 парсек. Однако, если мы предположим, что обнаружим в атмосфере экзопланеты Kepler-452b много кислорода, это станет сильным аргументом в пользу существования на ней жизни.

Надо понимать, что планета Kepler-452b находится в поле «Кеплера», которое составляет очень малый процент неба. Если мы в этом поле сразу нашли планету, которая по галактическим меркам находится не так далеко, то, скорее всего, есть такие же планеты и намного ближе. Так, в 2017 году запустится миссия TESS (The Transiting Ex oplanet Survey Satellite), направленная на поиск потенциально обитаемых планет в ближайших окрестностях.

Дмитрий Ионов