Чтобы официально подтвердить находку, пришлось потратить еще два с половиной года: присутствие планеты считается доказанным, если она наблюдалась не менее трех раз. Столько же раз должны быть измерены ее параметры. Первое прохождение телескоп зафиксировал практически сразу — в мае 2009 г. К декабрю 2010 г. астрономам удалось наблюдать еще два прохождения. Год спустя, 5 декабря 2011-го, было официально об открытии первой проходящей планеты в пределах зоны умеренных температур. «Что касается обнаружения этой планеты, — рассказывал Уильям Боруки, руководивший командой сотрудников Научно-исследовательского центра Эймса NASA в Калифорнии, — нам просто повезло».
Новая планета получила обозначение Кеплер-22 b. Она обращается вокруг солнцеподобной звезды на расстоянии 600 световых лет от нас в созвездии Лебедь. Находясь на расстоянии 0,85 а.е. от своей звезды, Кеплер-22 b совершает полный оборот вокруг нее за 290 дней. Если бы Кеплер-22 b была частью Солнечной системы, она бы располагалась точно на границе зоны умеренных температур, рядом с Венерой. Если бы к тому же планета была похожа на Землю, это бы означало, что в течение короткого периода в начале ее эволюции на ней могла бы быть жидкая вода. Однако звезда Кеплер-22 чуть меньше и холоднее Солнца — она излучает на 25% меньше света. Из-за более слабого излучения зона умеренных температур сдвигается ближе к звезде, в результате чего Кеплер-22 b оказывается в границах зоны умеренных температур (в ее консервативной трактовке). Означает ли это, что с открытием этой планеты мы впервые получили возможность наблюдать вторую Землю?
СМИ были категоричны: «Найдена землеподобная планета с орбитой на пригодном для жизни расстоянии», — гласил заголовок на первой странице веб-сайта National Geographic. «Кеплер-22 b — “новая земля”», — громогласно заявляла The Telegraph. «Получено официальное подтверждение открытия похожей на Землю планеты», — не отставали на Би-би-си.
Однако после публикации результатов проведенных измерений стало очевидно, что все не так просто. Оказалось, что радиус планеты составляет 2,4 радиуса Земли, то есть Кеплер-22 b относится к загадочному классу суперземель — планет, которые больше каменистых миров вроде нашего, но меньше газовых гигантов. Эта планета слишком мала и находится слишком далеко от звезды, чтобы вызывать колебания в движении звезды, которые можно зафиксировать имеющимися у нас методами. Поэтому измерить массу Кеплер-22 b не представляется возможным. Так что рассчитать ее объемную плотность, чтобы понять, является она планетой земного типа или же на ней много горячего газа, мы тоже не можем.
Имея данные измерения лучевой скорости, мы также могли бы оценить эксцентриситет орбиты планеты. При наблюдении прохождения Кеплер-22 b астрономы видят только часть орбиты в тот момент, когда планета проходит по диску звезды, тогда как при измерении лучевой скорости звезды с целью оценки изменений в ее движении они могут проследить за планетой на всем протяжении ее орбиты. При обнаружении планеты транзитным методом сохраняется вероятность того, что она может двигаться по сильно вытянутой орбите и проводить лишь крошечную часть своего года в зоне умеренных температур.
Согласно эмпирически выведенному правилу, упоминавшемуся в главе 6, планета, чей диаметр превышает 1,5 диаметра Земли, вряд ли может иметь твердую поверхность. Однако промежуточный размер Кеплер-22 b может указывать на то, что этот мир покрыт водой. В этом случае твердое ядро планеты должно быть полностью покрыто океанской толщей в тысячи километров. Учитывая, что само определение понятия зоны умеренных температур основано на наличии воды на поверхности планеты, факт наличия покрывающего всю поверхность планеты моря должен рассматриваться как аргумент за при обсуждении вопроса о жизнепригодности. Проблема состоит в том, что, как мы могли видеть в предшествующей главе, отсутствие суши является препятствием для круговорота углерода. Это не значит, что на такой планете не может быть жизни, но, если она там все-таки есть, она точно будет отличаться от всего, что есть на Земле. Так что, несмотря на громкие заявления, Кеплер-22 b не является второй Землей.
В 2010 г. самым обсуждаемым местом в Галактике стала область вокруг красного карлика Глизе 581. Эта маленькая звезда в три раза легче Солнца находится на расстоянии 20 световых лет от нас в созвездии Весы. В ее неярком свете, как считалось, пригрелись шесть планет с массами в диапазоне между массами Земли и Нептуна — своего рода Солнечная система в миниатюре. Но самое интересное, что три из этих миров казались потенциально пригодными для жизни.
Пространство вокруг красных карликов с массами от одной десятой до половины массы Солнца — отличное место для поиска небольших планет. Во-первых, эти тусклые звездные очаги многочисленны: на них приходится три четверти всех звезд в нашей Галактике. Разница в размере между такой звездой и планетой не так велика, что делает более заметными как падения яркости при прохождении планеты по диску звезды, так и изменения лучевой скорости звезды и тем самым облегчает фиксацию этих явлений. Наконец, из-за низкой светимости зона умеренных температур в планетных системах вокруг таких звезд находится намного ближе к светилу. Благодаря такой близости повышается вероятность прохождения по диску звезды планеты, находящейся в пределах зоны умеренных температур, поскольку избежать этого сможет только планета с очень большим значением наклонения орбиты. Кроме того, короткая орбита означает короткий год. То есть прохождения должны случаться часто, увеличивая шансы на успех при поиске планеты. Таким образом, в планетных системах в окрестностях красных карликов проще всего найти миры с твердой поверхностью в зоне умеренных температур.
В период с 2005 по 2010 г. с помощью метода лучевых скоростей на орбитах вокруг Глизе 581 было найдено шесть планет. Первой, как и можно было предположить, была обнаружена самая тяжелая планета с самой короткой орбитой — Глизе 581 b, представляющая собой мир размером с Нептун с массой почти в 16 масс Земли и периодом обращения чуть больше пяти суток. Следующие две обнаруженные планеты оказались суперземлями — Глизе 581 c и Глизе 581 d. Их массы равны 5,5–6 массам Земли, а периоды обращения составляют 13 и 67 суток соответственно. Затем была найдена планета, масса которой превышает земную всего в два раза. Глизе 581 e движется вокруг звезды по еще более короткой орбите, чем три ее планетных сестры: ее период обращения составляет всего лишь 3,1 дня. Наконец, были обнаружены еще две суперземли, которые находятся несколько дальше. Одна из них, Глизе 581 f, имеет массу, равную 7 массам Земли, и период обращения 433 суток, вторая, Глизе 581 g, весит как 4 Земли и совершает полный оборот вокруг звезды за один месяц.
За исключением самой дальней суперземли — Глизе 581 f, все планеты обращаются намного ближе к своей звезде, чем любая из планет в Солнечной системе. Но светимость красного карлика настолько низка, что даже на таком расстоянии она вряд ли способна превратить планету в выжженный мир. Поэтому зона умеренных температур, то есть пространство, где вода могла бы сохраняться в жидкой форме на землеподобной планете, там находится не в районе 1 а.е., а между 0,09 а.е. и 0,23 а.е., что соответствует круговым орбитам продолжительностью 18–72 суток. Это означает, что планеты Глизе 581 d и Глизе 581 g находятся внутри зоны умеренных температур, тогда как Глизе 581 c не хватает совсем чуть-чуть до внутренней границы диапазона. Похожи ли эти миры на Землю настолько, чтобы их поверхность омывалась водами океана?
В момент ее открытия в 2007 г. Глизе 581 c была экзопланетой с самой маленькой массой за всю историю наблюдений. Хотя орбита ее пролегает практически по внутренней границе зоны умеренных температур, среди астрономов нашлись оптимисты, которые предположили, что планета может быть укрыта слоем отражающих облаков, защищающим ее от чрезмерного нагрева. Согласно расчетам, чтобы средняя температура на поверхности Глизе 581 c, которая по всем остальным параметрам похожа на Землю, не поднималась выше 20 °C, в ее текущем местоположении защитный слой должен отражать 50% излучения звезды. Если Земля отражает всего лишь около 30% солнечного света, облака на Венере не пропускают 64% добравшихся до них лучей. Поэтому цифра 50% не показалась исследователям чем-то невозможным, что позволило им провозгласить Глизе 581 c в статье об ее открытии «самой похожей на Землю из всех известных экзопланет». Это было смелое заявление, но может ли горстка облаков делать Глизе 581 c серьезным претендентом на статус пригодного для жизни мира? К сожалению, все говорит об обратном.
Первая проблема — месторасположение планеты. Даже с поправкой на слабое тепловое излучение красного карлика Глизе 581 c все равно находится слишком близко к своей звезде — ближе, чем Венера к Солнцу. Даже если облака на Венере обладают отражающей способностью, это не делает атмосферу планеты, порожденную мощнейшим парниковым эффектом, менее удушающей.
Масса планеты еще больше усугубляет ситуацию. Будь строение Глизе 581 c таким же, как у Земли, при массе 5,5 массы Земли ее радиус должен был бы составлять 1,5 радиуса нашей планеты. В этом случае она оказывается точно на границе между планетой земного типа и газовым мининептуном. Но даже если у нее твердая поверхность, из-за создаваемой большой массой сильной гравитации вокруг нее должна была бы сформироваться толстая атмосфера. Такая атмосфера отлично удерживает тепло, поэтому температура поверхности должна быть намного выше даже той, что могла бы быть на краю зоны умеренных температур. Более сильная гравитация также означает большую вероятность сохранения первичной водородно-гелиевой атмосферы, представляющей собой сухой никчемный хаос.
Если и после этих возражений у кого-нибудь возникло бы желание провести отпуск на Глизе 581 c, стоит упомянуть еще одно обстоятельство: близость планеты к звезде указывает на высокий риск приливного захвата. Как и покрытый лавой мир CoRot-7 b, в случае попадания в приливный захват Глизе 581 c оказалась бы разделена на дневную и ночную стороны, то есть она всегда была бы повернута к жару звезды одной стороной. На таких «расколотых» мирах затруднено перераспределение тепла по всей поверхности. Из этого не обязательно следует, что планета представляет собой бесплодную пустыню, но громадная разница температур вряд ли способствует развитию жизни. В совокупности перечисленные факторы являются достаточно вескими, чтобы исключить Глизе 581 c из списка серьезных претендентов на роль пригодных для жизни.