Полагаю, старая поговорка «Увидеть — значит поверить» будет важным аргументом в пользу оснащения зонда инструментами для микрофотосъемки, которые позволят точно определить, какие потенциальные биологические объекты присутствуют в «водах» озера. Нам нравится представлять себе момент научного открытия, когда ребенок впервые смотрит в микроскоп на каплю воды и обнаруживает в ней множество крошечных живых существ. Но только вообразите, какие необыкновенные открытия нам предстоят, если мы оснастим титанианский посадочный модуль мощным электронным микроскопом! Возможно, нам придется попотеть над подготовкой образцов для анализа, но полученные таким образом микроснимки и замедленная съемка позволят сразу же сделать выводы о наличии клеточной жизни.
С учетом этих ограничений и неопределенностей, почему я не уговариваю вас проникнуться энтузиазмом и запустить к Титану миссию по доставке образцов? Ведь для нас это действительно важно! Да, конечно, однако на это потребуется невероятное количество денег. По сравнению с доставкой образцов с Титана аналогичная миссия на Марс покажется детской забавой. Поэтому придется работать с тем, что у нас есть, а это $4 млрд или около того. На эти деньги можно отправить только экспедицию типа TSSM, которая по нынешним расценкам обойдется в $2,5 млрд.
Не уходи смиренно в сумрак вечной тьмы
Совершив 12 ноября 1979 г. пролет мимо Титана, «Вояджер-1» лишился возможности сблизиться с какой-либо еще планетой Солнечной системы. Не желая упустить возможность пройти на малом расстоянии от Титана, центр управления полетом изменил траекторию «Вояджера-1», и после сближения со спутником крохотный зонд вышел из плоскости эклиптики и начал удаляться за пределы Солнечной системы. Следовавший за ним по пятам «Вояджер-2» сблизился с Сатурном 25 августа, однако, в отличие от предшественника, продолжил движение по первоначальному курсу, что позволило ему в дальнейшем достичь Урана и Нептуна.
Какая судьба ожидает эти космические аппараты? Оба «Вояджера» сейчас проходят через турбулентный регион Солнечной системы, именуемый гелиопаузой, — область, где давление частиц солнечного ветра уравновешивается давлением межзвездной среды. Некоторые журналисты называют эту область «границей Солнечной системы». На самом деле это лишь первая из нескольких промежуточных точек на нашем пути.
«Вояджер-1» движется со скоростью 56 000 км/ч, или 3 а.е. в год‹‹9››. Он покинет область гелиопаузы и примерно через 1000 лет войдет в облако Оорта — неизведанное и невидимое царство древних комет. Примерно на полпути до ближайших звезд зонд выйдет за пределы гравитационного воздействия Солнца и присоединится к веренице звезд, вращающихся по своим орбитам в нашей Галактике. В конце концов через 90 000 лет оба зонда преодолеют расстояние до ближайшей к нам звездной системы — Альфа Центавра, расположенной в 4,3 световых года от Солнца‹‹10››.
Мы делаем лишь первые шаги в далекий мир. Позволят ли новые технологии догнать и перегнать «Вояджер-1» на его пути к ближайшим звездам? Будем ли мы существовать через 90 000 лет как биологический вид? Удастся ли нам возмужать и преодолеть все болезни роста? Это, конечно, непростые вопросы. Пока расстояние даже до ближайших звезд невероятно велико по сравнению с нашими сегодняшними возможностями звездоплавания. Тем не менее именно на эти звезды нам предстоит обратить свое внимание и использовать астрономические наблюдения, а не космические аппараты для изучения их планетных систем и условий для существования жизни.
Глава 8. Экзопланеты: миры без конца
Вы помните, как в первой главе я предлагал вам выйти на улицу, поднять голову и всмотреться в звездное небо? Каждая из нескольких тысяч звезд, которые вы видите на небе невооруженным глазом, — это почти такое же солнце, как наше собственное. Однако большая часть из 400 млрд звезд, составляющих галактику Млечный Путь, расположена слишком далеко и недоступна для нашего взора. Но если наше Солнце — рядовая, ничем не примечательная звезда, каких в Галактике миллиарды, то что можно сказать о планетах? Они тоже обыкновенные? Правда ли, что у каждой звезды, которую мы видим в ночном небе, есть свой планетный эскорт?
В этой главе речь пойдет об открытии экзопланет — планет, обращающихся вокруг далеких звезд. Какие они? Неизведанные новые миры вроде тех, о которых писали фантасты, или самые обычные планеты, похожие на те, что имеются в нашей Солнечной системе? Как выясняется, и то и другое — правда. Несмотря на то что большинство экзопланет было обнаружено только по косвенным признакам — свет от планет теряется в сиянии родительских звезд, — мы в силах измерить некоторые из их фундаментальных физических свойств. Окажутся ли они газовыми гигантами, подобными Юпитеру, или каменистыми планетами, такими как Земля? Будут они теплыми и гостеприимными или нам предстоит встреча с экстремально неприятными значениями температур?
История экзопланет — это история непрерывных открытий: за каких-то 20 лет были обнаружены тысячи миров, о существовании которых мы даже не догадывались. Но наш неугомонный внутренний астробиолог торопится задать вопрос по существу: как оценить вероятность того, что на этих планетах есть жизнь? Как мы сможем подтвердить ее присутствие? Нам предстоит долгое научное путешествие. Но есть одна очевидная трудность: звезды и их планеты расположены очень далеко от нас. Когда мы говорим о поисках жизни на экзопланетах, мы понимаем, что нам необходимо менять свои методы. Мы находимся слишком далеко от экзопланет и той жизни, которая, возможно, на них обитает. Послать туда автоматический зонд для доставки на Землю проб воздуха и грунта? Не вариант. Вместо этого нам придется использовать телескопы и другие методы дистанционных наблюдений.
Поиски инозвездных планет
Так как же мы находим экзопланеты? В первой главе я рассказывал об открытии первой экзопланеты, 51 Пегаса b, и о том, что она была обнаружена благодаря гравитационному воздействию, которое оказывает на родительскую звезду. Движение планеты по своей орбите заставляет саму звезду совершать небольшие вращения вокруг общего центра тяжести, которые могут быть зафиксированы с помощью мощного спектрографа. Этот метод известен как спектроскопическое измерение лучевой скорости звезд, или метод Доплера. С 1995 г. с его помощью было открыто несколько сотен новых экзопланет.
В этой главе я хочу сосредоточить свое внимание еще на одном методе обнаружения экзопланет. Этот метод получил название транзитного метода. Сам по себе он не лучше и не хуже метода Доплера (или любого другого метода, о котором я не могу здесь рассказать в силу ограниченности места на страницах книги). Однако история транзитного метода, его развития и достижений, на мой взгляд, заслуживает отдельного разговора.
Мерцай, мерцай, маленькая звездочка
Мерцание звезд, которые мы видим на ночном небосклоне, объясняется турбулентностью земной атмосферы. Если поменять место наблюдения и проводить наблюдения звезды из космоса — что мы и делаем посредством расположенных там телескопов, — дрожащие, колышущиеся изображения замрут в неподвижности.
Однако некоторые звезды отличаются удивительным непостоянством: пульсации их обширной атмосферы, состоящей из плазмы, вызывают изменения яркости, подобные медленному биению звездного сердца. Но, если мы ограничимся только «порядочными», неизменными звездами, иногда на их диске можно разглядеть слабое, еле заметное затемнение — изменения яркости происходят с регулярностью часового механизма. Это признак наличия планеты. Незначительное уменьшение яркости родительской звезды вызвано прохождением по ее диску планеты. Мы называем это явление транзитом. На практике это очень похоже на солнечные затмения, которые мы наблюдаем с Земли, хотя в данном случае свет звезды нам закрывает планета, а не наша Луна.
Планетные транзиты происходят и в нашей Солнечной системе. С Земли регулярно можно наблюдать, как Венера проходит по диску Солнца. Ей требуется примерно 7 часов, чтобы закончить проход. Во время транзита Венера закрывает незначительную часть солнечной поверхности. Какую именно? С Земли Венера выглядит как черный круг, движущийся по солнечному диску. Как известно, площадь круга равна числу π, умноженному на квадрат его радиуса. В данном случае радиус Венеры приблизительно равен 6000 км. Площадь солнечного диска равна числу π, умноженному на квадрат радиуса Солнца — 700 000 км. Отсюда получаем, что доля солнечного света, которую закрывает от нас транзит Венеры, равна отношению квадратов радиусов, т. е. одна десятитысячная часть.
Это если смотреть на Венеру с Земли. Но что бы увидел удаленный наблюдатель, если бы следил за прохождением по солнечному диску такой большой планеты, как, например, Юпитер? Юпитер примерно в 11 раз больше Венеры. Доля солнечного диска, которую будет закрывать транзит Юпитера, составит одну сотую, или 1 %. Современным земным телескопам вполне по силам зафиксировать такое изменение яркости. С учетом всего сказанного неудивительно, что первыми экзопланетами, обнаруженными с помощью транзитного метода, были миры размером с Юпитер, обращающиеся вокруг звезд, похожих на наше Солнце.
Но что, если орбита, по которой вращается планета, такова, что не оказывается между нами и родительской звездой? Что, если наши звездные системы расположены под таким углом друг к другу, что мы видим планету движущейся по орбите вокруг своей звезды? Тогда наше взаимное расположение в космосе таково, что планета никогда не окажется между нами и звездой — мы никогда не увидим транзита в этой системе‹‹1››.
Это действительно так. Мы наблюдаем транзит, только если планета оказывается на одной линии со звездой и наблюдателем с Земли. Имеет ли это какое-то принципиальное значение? Нет, ни малейшего. В зависимости от размера звезды, размера планеты и радиуса орбиты мы можем ожидать, что только 10 % далеких планет будут проходить между нами и своей родительской звездой. Во всех других отношениях эти 10 % планет ничем не будут отличаться от остальных. И только случайность решает, сможем ли мы наблюдать их транзит или нет.