Наука и Техника

Наука И Техника
22 мая 2015

Когда человечество найдет вторую Землю?

Поиск планет, подобных нашей собственной — с теплыми голубыми океанами, богатой кислородом атмосферой, возможно, даже жизнью — когда-то был чистой фантастикой. Но больше нет, если верить астрономам, планетологам и биологам. Мы знаем, что нам нужно делать, чтобы найти другую Землю, и строим инструменты, которые приведут нас к этой цели.

«Мы стоим на плечах гигантов, чтобы сделать этот скачок, — говорит астроном Лиза Кальтенеггер, основатель нового Института Карла Сагана в Корнелле (CSI). — Да, есть огромное расстояние между звездами, и следующая звездная система находится далеко, но мы бросаем взгляд на эти миры на горизонте и достигаем их».

CSI — один из первых институтов, целиком и полностью посвященных поиску жизни во Вселенной. Также хорошо известен SETI. CSI собирает ученых таких дисциплин, как астрофизика и микробиология, чтобы изучать невероятное разнообразие потенциально обитаемых миров, которые мы только начинаем наблюдать, как внутри, так и за пределами нашей Солнечной системы.

Для ученых CSI охота на другую Землю — возможно, десятки сотен земель, — уже началась.

«Мы вполне можем с этим справиться, — заявила Натали Баталья, астроном научно-исследовательского центра Эймса при NASA. — Возможно, не на моем веку, на веку моей дочери. Люди должны быть в состоянии найти свидетельства жизни на экзопланете».

Веру Батальи, что уже через поколение мы сможем найти другую звездную систему с жизнью, эхом повторяют большинство ученых. Но если мы правильно расставим приоритеты, вторую Землю можно будет найти намного быстрее.

Чтобы понять, откуда берутся эти прогнозы, нужно понять, какие технологии стоят за поиском экзопланет. По сравнению с сегодняшним днем, галактика, которую мы знали поколение назад, была тусклым местом. Мы понятия не имели, присутствуют ли за пределами нашей Солнечной системы планеты, поскольку наши телескопы просто не были достаточно мощными, чтобы их обнаружить.

«Проблема, которая появляется, когда вы хотите найти планету вокруг другой звезды, заключается в том, что планета — практически ничто по сравнению со звездой, — говорит астроном Дидье Келоз из Кембриджского университета. — Масса планеты в тысячу раз меньше и почти не производит света, поэтому вам приходится жульничать».

В 90-х – начале 2000-х, астрономы вроде Келоза трудились, чтобы определить самые первые экзоланеты, используя метод радиальной скорости, когда планета обнаруживается по гравитационному буксиру звезды. Тогда же астрономы еще использовали фотометрию транзита — измеряли слабые потускнения в свете звезды, когда планета проходит перед ней — и другие методы визуализации, а инструменты едва справлялись с возложенной на них задачей.

Но в 2009 году Кеплер все изменил. С тех пор как специально предназначенный для поиска экзопланет космический телескоп был выведен на орбиту нашего Солнца, мы смогли определить более 4600 кандидатов в экзопланеты — включая примерно 800 миров земного типа и 1200 более крупных, но все еще потенциально обитаемых «суперземель». Астрономы, внимательно наблюдающие за поисками Кеплера, пришли к экстраординарным результатам.

«В среднем у каждой звезды в нашей галактике есть как минимум одна планета, — говорит Билл Бораки, архитектор миссии Кеплера. — Это удивительно — сто миллиардов звезд в нашей галактике, сто миллиардов планет. Итак, миссия выполнила одну из своих основных целей: выяснила, редкость Земли или все же нет? Оказывается, нет».

«Мы буквально приподняли занавес, — говорит Баталья. — Теперь Вселенная выглядит совершенно иначе. И это происходит каждый раз, когда вы создаете новые технологии — Вселенная начинает выглядеть по-другому».

Среди наиболее интересных находок Кеплера есть несколько десятков так называемых миров «Златовласки» — скалистых планет, которые не слишком горячи и не слишком холодны, находятся в потенциально обитаемой зоне звезды. Именно в этих мирах CSI заинтересован больше всего. Но если мы хотим узнать, является ли какой-либо из этих кандидатов Златовласки настоящей Землей, нам нужно больше информации. Мы должны прекратить гоняться за тенями и начать изучать свет, излучаемый непосредственно этими мирами.

«Все, что мы видим, когда смотрим на Землю — континенты, океаны, биология, которая дышит, — оставляет спектральный отпечаток, — говорит Кальтенеггер. — Даже если планеты, на которые мы смотрим, будут в один пиксель величиной, одна точка света, мы можем считать этот пиксель. Мы можем открывать другие миры за световые годы от нас».

Ингредиенты, присутствующие в атмосфере планеты, влияют на свет, который этот мир проецирует в космос. И определенная комбинация молекул вроде кислорода и метана вместе является тем, что охотники за землями называют биосигнатурой, мощным свидетельством метаболизма жизни. Наши современные телескопы пока недостаточно сильны, чтобы изучать свечение далеких миров и собирать эти биосигнатуры. Но будущие миссии будут в состоянии.

«Теперь мы знаем, что планеты, подобные Земле, довольно распространены. У NASA есть план, как обыграть это все, это всего лишь вопрос денег и ресурсов».

Этот план включает космический телескоп Джеймса Уэбба, который будет запущен в 2018 году. Джеймс Уэбб не предназначен для изучения планет земного типа, но он сможет расшифровать атмосферы газовых гигантов и, возможно, нескольких скалистых суперземель. После Джеймса Уэбба NASA направит ресурсы на инфракрасный телескоп WFIRST, который подхватит начатое Кеплером, используя более мощную оптику для наблюдения транзита экзопланет.

Будущая миссия «искателей жизни», которая позволит нам изучать атмосферы скалистых землеподобных миров в обитаемой зоне, не начнется, пока в середине 2020-х не будет запущен WFIRST.

«Отныне и до этих пор мы не собираемся искать близлежащие Земли в больших количествах, — говорит Баталья. — Но если мы займем хорошую позицию к 2025 году и начнем вкладывать деньги в искатели жизни, тогда мы добьемся действительно существенных успехов в ближайшие тридцать лет».

Тем не менее, как говорит Кальтенеггер, если нам очень повезет, а потенциально обитаемые миры будут действительно распространены, все может быть иначе. Пока Кеплер сосредоточен на звездных системах в 500-3000 световых годах от нас, телескоп TESS, который будет запущен в 2017 году, будет искать по всему небу, обшаривая соседние к нам территории на предмет наличия планет. Если мы найдем каменистые миры в потенциально обитаемых зонах тусклых красных карликовых звезд в нескольких световых годах, они будут прямыми кандидатами на изучение силами Джеймса Уэбба.

«Если вы спросите, будут ли у нас уверенные доказательства жизни через 15 лет, не думаю, что кто-нибудь из сообщества ученых по экзопланетам сможет это утверждать, — говорит Кальтенеггер. — Делаем ли мы наши первые шаги? Да».

Распространены или не очень обитаемые миры, не имеет значения, сколько времени займет поиск таковых, хотя оптимизм у искателей, конечно, зашкаливает.

«Это первооткрытие, — говорит Келоз. — Не то, чтобы за двадцать лет с нынешнего момента ничего не произойдет, мы просто не ждем хороших новостей. Открытие подразумевает процесс. Причина моего оптимизма в том, как много людей горят энтузиазмом по этому поводу; мы собираемся провести серию открытий и прорывов, которые приведут нас к нашей цели».

Кальтенеггер полностью согласна с ним. Для ученых CSI мы только начали собирать первые мимолетные проблески чудесных свершений, которые нас ждут.

«Вся идея в том, что мы впервые в истории приближаемся к ответу на вопрос, одиноки ли мы во Вселенной или же существуют другие удивительные и похожие на наш миры, — говорит Кальтенеггер. — Я считаю, что если бы я могла выбрать любое время в истории, чтобы жить, я выбрала бы это время».