Жизнь под другим солнцем

Трудно ли обнаружить в межзвездном пространстве планету? Как определить, пригодна ли она для обитания? Какие формы жизни следует искать на экзопланетах?

На эти вопросы в ходе открытой лекции ответила директор института солнечной физики имени Кипенхойера, член Международного астрономического союза и выпускница СПбГУ Светлана Бердюгина.

В середине 1990-х годов ученые начали открывать объекты вне Солнечной системы — экзопланеты, которых оказалось так много, что возникла необходимость дать четкое определение самому понятию «планета». Это было сделано в 2006 году на XXVI Ассамблее Международного астрономического союза.

Во Вселенной существует приблизительно 1022 звезд, причем только в нашей галактике их насчитывается около 100 миллиардов. Некоторые из них превратились уже в черные дыры или нейтронные звезды, некоторые еще даже не проэволюционировали, но объектов все равно чрезвычайно много. А сколько у них может быть планет и как их найти?

Сейчас принято считать, что Солнечная система состоит из восьми планет и нескольких десятков карликовых планет, к ним принадлежит Плутон (он был исключен из списка планет, поскольку на его орбите находится много похожих по размеру объектов).

По сравнению со звездами яркость планет невелика, и увидеть их в телескоп довольно сложно. Поэтому для их поиска используются другие, непрямые методы. Первый из них — спектроскопический — предполагает замерить скорость и период обращения звезды, которая, как и планета, вращается вокруг центра тяжести системы. В Солнечной системе это расстояние относительно невелико, этот метод эффективен для поиска массивных планет, расположенных очень близко к звезде. Другой способ — фотометрический. Иногда изменение яркости звезды говорит о том, что по ее диску совершает транзит (то есть проходит) некий непрозрачный объект и частично блокирует исходящий от нее свет. Этот способ позволяет даже исследовать состав атмосферы планет: это один из способов узнать, пригодна ли планета для жизни. Существуют и другие методы: в частности, научная группа Светланы Бердюгиной использует поляриметрию, но наиболее надежными считаются спектроскопия и фотометрия.

Метод транзитной фотометрии, график показывает изменение светимости звезды при прохождении планеты по ее диску
Метод транзитной фотометрии, график показывает изменение светимости звезды при прохождении планеты по ее диску

За почти 30 лет с начала поиска экзопланет было обнаружено около четырех тысяч планетных систем. Статистика показывает, что обычно вокруг звезд вращается не одна, а несколько планет, чаще всего около 5–6. Более 30 % звезд имеют объекты, схожие по размерам с Землей, в пределах одного-трех ее радиусов — получается, что маленьких экзопланет, теоретически пригодных для зарождения жизни, довольно много. «Как определить, что планета подходит для жизни? Мы подбираем критерии, опираясь на пример Земли: важно наличие тепла, воды, определенного состава атмосферы и ее давления. Основным критерием пригодности сейчас считается присутствие жидкой воды на поверхности. Для ее существования необходимо наличие атмосферы: например, на Марсе она слишком тонкая для существования жидкой субстанции, — пояснила Светлана Бердюгина. — Зона потенциального обитания зависит от яркости звезды: у горячих голубых звезд она находится дальше, а у более холодных красных звезд ближе. Лучшим расстоянием для планет желтых звезд, таких, как Солнце, будет одна астрономическая единица — та дистанция, на которой находится Земля. Венера располагается ближе, и температура на ее поверхности достигает 500 градусов Цельсия, а на Марсе, наоборот, редко поднимается до нуля. Таким образом, мы определили, что из 4000 планет примерно 14 пригодны для такой жизни, как наша: они достаточно маленькие и находятся на подходящем расстоянии от звезды».

Как определить, что планета подходит для жизни? Мы подбираем критерии, опираясь на пример Земли: важно наличие тепла, воды, определенного состава атмосферы и ее давления. Основным критерием пригодности сейчас считается присутствие жидкой воды на поверхности. Для ее существования необходимо наличие атмосферы: например, на Марсе она слишком тонкая для существования жидкой субстанции.

Директор института солнечной физики имени Кипенхойера, выпускница СПбГУ Светлана Бердюгина

Какой может быть другая жизнь? Судя по истории Земли, у людей гораздо больше шансов найти на другой планете бактерии, нежели развитую цивилизацию. Одноклеточные существуют около 4 млрд лет и до сих пор являются доминирующей формой жизни. Бактерии способны приспосабливаться к самым разным условиям: отдельные виды экстремофилов способны жить в горячих источниках, где температура превышает 120 градусов Цельсия, в соленых озерах с концентрацией хлорида натрия до 20 % или в пустынных местностях с влажностью менее 10 %. Условия на других планетах могут быть самыми разными, поэтому ученые внимательно наблюдают за тем, какие бактерии адаптируются к экстремальным условиям и какие источники энергии они используют.

Участок кратера Гусев (мозаика снимков марсохода Spirit)
Участок кратера Гусев (мозаика снимков марсохода Spirit)

Впрочем, в список кандидатов на наличие жизни входят не только экзопланеты, но и объекты Солнечной системы.

Хотя сейчас Марс выглядит не вполне пригодным для обитания, существуют предположения, что в начале своей истории он был похож на Землю, на нем были вода и атмосфера, хотя в наше время для этого сложно найти свидетельства.

Директор института солнечной физики имени Кипенхойера, выпускница СПбГУ Светлана Бердюгина

«Тем не менее исследования показали, что под поверхностью планеты находится слой вечной мерзлоты толщиной от пяти до пятисот метров. Если там была жизнь, то она могла уйти под землю, а на подогретых солнцем участках бактерии могли бы оттаивать и проявлять некую активность», ― рассказала Светлана Бердюгина.

Следующие кандидаты — ледяные спутники планет Солнечной системы: Энцелад, Европа, Титан. Было обнаружено, что в промежуточной области между поверхностным слоем и более плотным внутренним ядром находится вязкая соленая материя. Иногда из-под ледяной корки бьют гейзеры, и в этих выбросах, состоящих из воды, были обнаружены молекулы органики. Одним из наиболее перспективных мест для поиска жизни считается спутник Сатурна Титан. На нем нет воды, однако существуют устойчивые озера и даже реки, наполненные жидким метаном и этаном. «Если и искать там жизнь, то ни в коем случае не такую, как на Земле, ― прокомментировала Светлана Бердюгина. ― Там могут проходить химические реакции и возможно появление сложной органики, но жизнь при таких условиях будет эволюционировать очень медленно».