Когда «Кеплер» только приступил к своей миссии, мы уже знали о существовании 332 экзопланет. Астрономы обнаружили их с помощью разных методов, не только транзитного. К концу 2014 г. нам было известно о 1849 планетах, примерно половина из которых (923) были обнаружены «Кеплером». Астрономы считают эти планеты «подтвержденными», если им удалось измерить массу каждой планеты либо с помощью спектрометрического измерения лучевой скорости звезд, либо с помощью более тонких методов вроде метода вариации времени транзитов‹‹8››. Помимо этих 923 подтвержденных планет существует более 2500 кандидатов в планеты. С учетом того, какой процент из этих кандидатов в планеты получил подтверждение после дополнительного рассмотрения, мы можем с большой вероятностью сказать, что 90 % из них действительно существуют[16].
А теперь позвольте мне задать один очень важный вопрос. Сколько планет обращаются вокруг обычной звезды? Дает ли проведенная «Кеплером» перепись планет ответ на этот вопрос? По состоянию на 2014 г. «Кеплер» обнаружил 3533 кандидата в планеты, обращающиеся вокруг 2658 звезд. Примерно у одной из пяти звезд в этой выборке имеется более одной планеты. Анализ данных «Кеплера» дает нам четкий ответ относительно частоты встречаемости небольших планет (радиус которых меньше половины радиуса Земли) на орбитах вокруг маленьких и относительно холодных звезд (от 1/10 до половины массы Солнца — спектральный класс М). Такие планеты есть у каждой второй звезды. Если распространить этот анализ на звезды, подобные нашему Солнцу (спектральные классы K и G), то ответ будет примерно 0,2 планеты на звезду или одна планета на каждые пять звезд.
Если вам нравится искать ответы на фундаментальные вопросы, то трудно найти что-то более основополагающее, чем вопрос о том, сколько планет обращается вокруг обычной звезды. Возможно, немного меньше одной. Миллиарды звезд — миллиарды планет. Частота встречаемости, вычисленная на основе данных «Кеплера», может быть немного меньше, чем в действительности. Допустим, «Кеплер» рассматривал бы нашу Солнечную систему. Хотя его телескоп специально сконструирован для поиска планет, подобных Земле, вращающихся вокруг звезд, подобных Солнцу, он не смог бы обнаружить Марс из-за его слишком маленького размера. Юпитер тоже остался бы незамеченным, поскольку его период обращения вокруг Солнца составляет 11 лет, и за 4 года, которые «Кеплер» работал на орбите, ему в лучшем случае удалось бы зафиксировать только один транзит.
Рай и ад
В предисловии к роману «2001: Космическая одиссея» Артур Кларк указал на очень интересное совпадение: за спиной каждого живущего сейчас на Земле мужчины, женщины или ребенка стоят 30 призраков — людей, которые жили на нашей планете от тех первых поколений, кого уже можно считать людьми, до наших дней. Больше 100 млрд душ бродят по Земле в поисках дома. Кларк отмечает, что в нашей галактике Млечный Путь насчитывается несколько сотен миллиардов звезд, и рассуждает о том, что большая часть из этих далеких солнц почти наверняка имеет свои планеты. В таком случае можно себе представить, что у каждого человека, который когда-либо жил на Земле, существует свой собственный мир, свой личный рай или ад, где наши предки могут жить вечно. Сегодня мы уже знаем, что предвидения Кларка оказались реальностью: в нашей Галактике действительно существуют миллиарды планет, удивительных и невероятных.
Но есть ли где-то между раем и адом планеты, похожие на Землю? Каменные миры с твердой поверхностью и умеренными температурами — миры, где при наличии атмосферы может присутствовать вода в жидком состоянии? Возможно, поставив перед собой задачу найти Землю 2.0 — мир, равный Земле по массе и условиям на поверхности, мы задали слишком узкие параметры поиска? Но на основании открытий «Кеплера» мы можем с уверенностью сказать, что землеподобные, обладающие твердой поверхностью планеты, лежащие в пределах зоны обитания, совсем не редкость в нашей Галактике. Нам уже известно несколько десятков таких миров.
Среди них есть такие планеты, как Глизе 667 Cc, достойные фигурировать на страницах самых невероятных научно-фантастических романов. Глизе 667 — тройная звездная система, расположенная в 23 световых годах от Земли. Звезды A и B занимают внутреннюю двойную орбиту, а третья, меньшая по размеру звезда, Глизе 667 C, масса которой равна лишь 30 % массы нашего Солнца, обращается вокруг них с интервалом в несколько сотен лет.
У этой небольшой тусклой звезды есть по крайней мере две планеты, обнаруженные методом доплеровской спектроскопии, и, возможно, еще пять (если вы верите в слабо различимые спектральные признаки, которые вполне могут оказаться шумом) — итого семь. Наше внимание привлекает Глизе 667 Cc, вторая подтвержденная планета в этой системе. Ее масса примерно в четыре раза превосходит массу Земли, и, хотя ее орбитальный радиус в четыре раза меньше, чем расстояние от Меркурия до нашего Солнца, она лежит в пределах зоны обитаемости своей относительно холодной родительской звезды.
Это удивительный и загадочный мир. Он получает лишь на 10 % меньше энергии, чем Земля получает от Солнца, — очень даже неплохо. В этом мире солнце кажется тусклым красным шаром по размеру в два раза большим, чем наше Солнце, большая часть его излучения лежит за пределами той части спектра, к которой приспособилось наше зрение в ходе эволюции. Звезды класса М, обладающие малой массой, характеризуются значительно большей электромагнитной активностью, чем наше Солнце, и регулярно выбрасывают огромные протуберанцы, поэтому близкое расположение зоны обитаемости создает угрозу для любых форм жизни на поверхности планет.
Слишком уж экзотично, на ваш взгляд? Ну, ничто не сравнится с домом, это понятно. Тогда, может, что-нибудь попроще? Скажем, Кеплер 22b. Первый транзит Кеплер 22b был обнаружен телескопом «Кеплер» спустя всего лишь три дня после начала миссии — 12 мая 2009 г. Родительская звезда Кеплер 22 расположена на расстоянии 620 световых лет от Земли и очень похожа на Солнце, лишь немного меньше и холоднее. Радиус Кеплер 22b в 2,4 раза больше Земли, и, по всей видимости, она обладает твердой каменистой поверхностью.
Радиус орбиты Кеплер 22b немного меньше земного, но, поскольку Кеплер 22 чуть холоднее, чем наше Солнце, Кеплер 22b, вероятно, находится в пределах зоны обитания: если подсчитать равновесную температуру для этой планеты, окажется, что она равна 11 °C. Не забывайте, однако, что это минимальная температура на планете без учета атмосферы, которая создает парниковый эффект.
Допустим, Кеплер 22b обладает атмосферой, сходной с атмосферой Земли. В этом случае температура на поверхности будет равна комфортным 22 °C, что немного теплее, чем средняя температура на поверхности Земли, равная 15 °C. Это прекрасно, но что, если атмосфера окажется больше похожей на атмосферу Венеры или даже Марса? Не стоит удивляться, если дополнительный нагрев поверхности за счет парникового эффекта в атмосфере окажется таким, как на Венере (слишком большим), или даже как на Марсе (практически нулевым). Возможно, это хорошая возможность проанализировать, каковы могут быть максимальные и минимальные значения температуры на Кеплер 22b с учетом того, что мы не знаем состава ее атмосферы.
Хотя Кеплер 22b представляет для нас большой интерес, мы, сожалению, не знаем ее массу. Более того, хотя мы предполагаем, что орбита Кеплер 22b круговая, существует вероятность, что она окажется эллиптической, и, двигаясь по орбите, планета будет входить в зону обитания и выходить из нее, что приведет к возникновению разительных колебаний поверхностной температуры.
Иголки и стог сена
Обнаружение потенциально пригодных для жизни миров — мы будем называть их двойниками Земли — всегда вызывало огромный общественный резонанс. Но кроме открытия планет, о которых я рассказал вам ранее, «Кеплер» также дал нам не менее содержательную статистическую картину: оказалось, что количество двойников Земли в нашей галактике Млечный Путь исчисляется миллиардами. Существование таких двойников Земли — главная причина того, почему экзопланеты вошли в первую пятерку моего списка. Специализированные миссии, такие как «Кеплер», а также проведение спектроскопических измерений лучевой скорости звезд позволяют нам обнаружить планетные системы, где могут присутствовать условия для существования жизни.
Я намеренно выразился так осторожно, и слово «могут» тут ключевое. Лишь в нескольких случаях нам удалось измерить плотность планеты, и, следовательно, нельзя с уверенностью сказать, что это каменные миры, а не газовые. Некоторые из этих планет лежат в пределах зоны обитания своих родительских звезд — и, зная это, мы можем хотя бы приблизительно вычислить среднюю температуру на их поверхности. Атмосфера и условия, пригодные для жизни, могут существовать на одной из уже известных нам планет. Но у нас нет на этот счет никакой уверенности. Даже если мы обнаружим 1000 потенциально обитаемых миров, может оказаться, что 999 из них — стог сена и только один — иголка, которую мы ищем. Вероятность обнаружить действительно пригодный для жизни мир, не говоря уже о самой жизни, может оказаться даже меньше, чем это соотношение.
Мне хотелось бы еще раз предупредить, что желание ограничить наши поиски жизни исключительно землеподобными мирами говорит о недальновидности. Стоит лишь вспомнить миры в нашей Солнечной системе, которые совсем не похожи на Землю, но тем не менее представляют большой интерес для астробиологов. Мы только приступаем к поискам жизни на экзопланетах, и нам надо с чего-то начинать, а землеподобные миры в обитаемых зонах своих родительских звезд не хуже любого другого варианта.
На сегодняшний день перед нами «стог» землеподобных миров размером с галактику, и запланированные на следующее десятилетие космические миссии, вероятно, откроют еще больше. Однако после обнаружения подобных планет нас ожидает еще один важный этап — нам надо будет определить, есть ли у них атмосфера. И чтобы показать, зачем это нужно, я приглашаю вас бросить беглый взгляд из космоса на наш земной дом.