Ученые из Кембриджского университета нашли целый класс планет, которые могут быть даже более перспективны для поиска жизни, чем землеподобные миры. Научная статья исследователей направлена в Astrophysical Journal, пока же можно ознакомиться с ее препринтом.
Земля — не лучший выбор
Человечеству известны тысячи экзопланет (планет, находящихся вне Солнечной системы — Forbes), но пока во всей Вселенной есть только одна планета, в обитаемости которой мы уверены — Земля. Поэтому и внеземную жизнь мы ожидаем найти прежде всего на экзопланетах, похожих на наш собственный дом. Мы начинаем поиски жизни, словно потерявшегося в лесу человека, с того места, где ее в последний раз видели.
Однако искать планеты размером с Землю очень трудно — они просто слишком малы. Радиус измерен примерно для 3500 экзопланет, но лишь около 5% из них меньше нашей планеты или равны ей по размерам. И, скорее всего, не потому, что такие миры редкость, а просто потому, что их сложно найти при нынешнем уровне технологий.
Есть и еще одна проблема. Большинство звезд во Вселенной — красные карлики, маленькие и холодные по сравнению с Солнцем. Чтобы землеподобная планета получала достаточно тепла, она должна располагаться в десятки раз ближе к такому солнцу, чем Земля — к своему. Образно говоря, обитаемому миру нужно чуть ли не уткнуться носом в свое прохладное светило. Однако за такую близость придется дорого заплатить. Красные карлики подвержены таким частым и мощным вспышкам, которые и не снились нашему спокойному Солнцу. Раз за разом окатывая близкую планету потоками заряженных частиц и жесткого излучения, эти вспышки могут убить на ней все живое, а то и вообще сдуть с незадачливого мира атмосферу вместе с океанами.
Если же звезда похожа на Солнце, возникает другое затруднение. Чтобы быть уверенным в существовании планеты, крайне желательно отследить хотя бы три ее оборота вокруг звезды. Другими словами, чтобы обнаружить Землю 2.0 у солнцеподобной звезды, требуется несколько лет неотрывно смотреть в одну и ту же область неба. Астрономы, у которых задач всегда гораздо больше, чем инструментов, крайне редко могут позволить себе подобную настойчивость.
Впрочем, дело не только в трудности поиска. Землеподобные планеты с их тонкими атмосферами вообще очень чувствительны к расстоянию до звезды. Скажем, Венера, очень похожая на Землю по массе, размеру и составу, всего в 1,4 раза ближе к Солнцу — и, между тем, представляет собой раскаленный ад. Многие специалисты вообще не рассматривают землеподобные миры в зоне Венеры как потенциально обитаемые. С другой стороны, находись Земля несколько дальше от светила, и океаны наверняка промерзли бы насквозь. Мы не очень хорошо умеем моделировать климат экзопланет — у разных научных групп получаются разные результаты. Но зачастую благоприятный для жизни диапазон расстояний до звезды (зона обитаемости) для землеподобных миров выглядит столь узким, что заставляет вспомнить изречение о верблюде и игольном ушке.
Горячий лед
Так стоит ли нам зацикливаться на скалистых планетах с тонкими атмосферами только потому, что мы сами живем на такой? Может быть, «среди миров, в мерцании светил» найдутся небесные тела, которые доставят меньше головной боли астрономам и при этом все же заинтересуют биологов?
Между прочим, большая часть известных человечеству экзопланет больше Земли, но меньше Нептуна (обгоняющего Землю по диаметру почти вчетверо). В связи с более солидными размерами их куда проще обнаруживать, чем землеподобные планеты.
Миры на концах этой шкалы очень разные. У Земли тонкая атмосфера: всего 100 км в высоту, причем лишь на нижних пяти-шести километрах достаточно воздуха для дыхания. Под ней Мировой океан средней глубиной 4 км, а дальше — твердые породы. Доля воды в общей массе земного шара — всего 0,02%, вклад воздуха тоже ничтожен. Нептун же совсем другой: его атмосфера простирается на тысячи километров и составляет не менее 10% от массы планеты. Там, где газ наконец переходит в жидкость, давление в 200 000 (!) раз превышает земное атмосферное. По-видимому, здесь начинается самый большой в Солнечной системе океан жидкой воды (не зря же Нептун назван в честь бога морей), но из-за огромного давления и высокой температуры никакая жизнь в нем невозможна. Еще глубже находится мантия из водяного, метанового и аммиачного льда, разогретого до 2000-5000 градусов и сохраняющего твердость только за счет чудовищного давления в миллионы атмосфер. На эту мантию приходится до 70% массы планеты.
Астрономы полагают, что многочисленные суперземли и мини-нептуны образуют непрерывный ряд между этими двумя крайностями. И ближе к «земному» концу этого ряда можно поискать жизнь.
Планета Вода
Проще всего предположить обитаемость скалистых суперземель, которые мало отличаются от Земли по размеру и массе, а значит, и по химическому составу. Некоторые исследователи высказывают более смелую гипотезу о жизни на суперземлях-океанах радиусом 1,5-2 земного, в составе которых вода составляет десятки процентов. Но теперь исследователи из Кембриджа во главе с Никку Мадхусудханом пошли еще дальше. Они поставили вопрос об обитаемости более крупных водных планет — субнептунов с радиусом более двух земных и плотной атмосферой из водорода и гелия, похожей на атмосферу Нептуна. Авторы назвали такие миры «хайшенами» (hyocean), скомбинировав английские слова «водород» (hydrogen) и «океан» (ocean). Массовая доля воды в таких планетах может составлять от 10% до 90%.
Ранее считалось, что температура и давление в таких мирах будут, может быть, и не столь ужасными, как на Нептуне, но все же совершенно неподходящими для жизни. Однако детальные расчеты убедили Мадхусудхана и коллег, что это не так.
Исследователи условились считать пригодными для живых организмов давление до тысячи атмосфер (как на дне вполне обитаемой Марианской впадины) и температуру до 120 °C (при таких температурах процветают бактерии-экстремофилы в подводных геотермальных источниках).
Выяснилось, что «хайшены» радиусом 2,3–2,6 земного и массой 5–10 земных без труда могут поддерживать такой по-своему комфортный режим. Даже если такая планета находится очень близко к своему солнцу, плотная атмосфера защитит жизнь от его лучей и вспышек. Для «хайшенов» зона обитаемости начинается в несколько раз ближе к звезде, чем для землеподобных миров. А где же она заканчивается? Как ни трудно в это поверить, буквально нигде. Атмосфера «хайшена» — столь плотное одеяло, что экзопланета вообще не нуждается во внешнем обогреве. Живым организмам на миллиарды лет хватит тепла, идущего из недр самой планеты. Так что она может остаться обитаемой на любом расстоянии от звезды и даже в межзвездном пространстве, куда планеты иногда выбрасываются космическими катаклизмами.
Увидеть жизнь в телескоп
Но даже если экзопланета обитаема, как мы об этом узнаем? Буквально разглядеть в телескоп инопланетную флору и фауну — задача не на ближайшее столетие. Поэтому астрономы возлагают надежды на биосигнатуры — вещества в атмосфере планеты, которые могут говорить о наличии чего-то живого. Традиционно признаками жизни считаются кислород, озон, метан и закись азота. Разумеется, это не идеальные маркеры: например, метана много и на безжизненном Нептуне, а кислорода и озона не было на Земле в первый миллиард лет развития жизни. Мадхусудхан и его коллеги предлагают использовать более редкие и специфичные для живых организмов вещества, например, диметисульфид и метантиол. Впрочем, конечно же, о продуктах метаболизма внеземных организмов мы можем только догадываться.
Группа Мадхусудхана уже подыскала 11 ближайших экзопланет (от 35 до 150 световых лет от Земли), которые могут оказаться обитаемыми «хайшенами», исходя из их массы, диаметра и температуры. Авторы рассчитали, что инфракрасный космический телескоп «Джеймс Уэбб», который будет запущен уже в этом году, сможет обнаружить в атмосферах этих планет биосигнатуры — если, конечно, они там есть. К счастью, она из планет списка (K2-18 b) попала в уже одобренную программу наблюдений «Уэбба». Так что, возможно, в ближайшие годы мы услышим новости о микробах в мирах-океанах.
Мнение редакции может не совпадать с точкой зрения автора