За пределами Солнечной системы: есть ли сверхжизнь на сверхземлях?

Что это вообще?

Что же такое — экзопланеты? Ну, это просто — планеты, которые находятся за пределами нашей Солнечной системы. Они далеки, таинственны и полны секретов. Экзопланеты могут вращаться вокруг других звёзд, пульсаров или вовсе дрейфовать в галактическом пространстве.

Такие планеты сильно отличаются друг от друга. Обычно выделяют две больших группы, которые дальше уже классифицируются по различным признакам: газовые экзопланеты и экзопланеты земного типа.

Газовые гиганты

Среди газовых планет выделяют, например, горячие юпитеры и нептуны. Это гиганты, подобные нашим Юпитеру и Нептуну, но находятся они очень близко к своей звезде. Из-за своего близкого расположения их атмосферы нагреваются до очень высоких температур. Аналогично существуют и холодные юпитеры и нептуны.

А если близость к звезде приводит к чрезмерному расширению планет, то они становятся горячими сатурнами — или рыхлыми планетами. В этом случае гигант своей гравитацией не может удержать атмосферу и нижележащие слои от расширения, поэтому диаметр планеты значительно увеличивается и её окутывает большое облако газа и пыли.

Плотность у таких планет становится крайне низкой. Например, масса планеты WASP-17 b составляет половину нашего Юпитера, а вот диаметр почти вдвое больше. Средняя плотность планеты равна 0,1 г/см³ — меньше плотности пенопласта.

Разумеется, среди гигантов существуют и миры, состоящие из гелия, льда, или они могут иметь облака водяного пара… но жизнь на таких планетах представляется маловероятной (разве что на их спутниках). Другое дело — экзопланеты земного типа.

Экзопланеты земного типа

Экзопланеты земного типа уже похожи на планеты земной группы нашей Солнечной системы. Они состоят из скальных пород и могут иметь атмосферу и жидкую воду. Среди них выделяют такие группы как супер- мега- и миниземли — такое деление идёт по размеру планет: мегаземли можно сравнить с Нептуном, а миниземли — с Плутоном.

Ещё среди каменистых планет существуют планеты-океаны, покрытые водой или льдом, пустынные планеты, подобные нашему Марсу, супер-венеры, с плотной парниковой атмосферой, углеродные планеты, в недрах которых полным-полно алмазов...

Отдельно стоит сказать о хтонических планетах — это бывшие газовые гиганты, которые потеряли свою оболочку. Жизни там, конечно, нет (если только не какая-нибудь хтоническая, хех).

Исследования экзопланет земной группы стали одной из самых захватывающих областей астрономии. Как же их находят?

Методы обнаружения

Вот вам варианты: метод транзита, метод радиальной скорости, метод микролинзирования и ещё всякие другие космические штучки. Учёные старательно наблюдают, как планеты скрывают свои родительские звёзды проходом перед ними или взаимодействуют с ними гравитационно.

Метод транзита

Представьте, что вы идёте по улице и кто-то проходит перед вами, и вы его видите. Так вот, учёные наблюдают за звёздами, и если планета проходит между звездой и наблюдателем, то она закрывает свет звезды. Измеряя это изменение яркости, они понимают, что там, возможно, есть экзопланета.

Метод радиальной скорости

Или метод Допплера. Здесь уже немного серьёзнее. Когда планета кружит вокруг своей звезды, она тянет её к себе гравитацией, и звезда движется по-другому. Ученые измеряют эти изменения скорости звезды и предполагают, что там может быть планета. В общем, если звезда движется странно, значит, рядом есть что-то интересное.

Эти два метода, транзитный и допплеровский, собственно и составляют основу практически всех поисков планет. Но есть кое что ещё.

Метод прямого наблюдения

Здесь в дело вступают мощные телескопы. Они прямо наводятся на экзопланеты и снимают их. Это, конечно, вещь крутая, но планеты обычно имеют низкую яркость по сравнению со своими родительскими звёздами, и обнаружить их напрямую довольно сложно.

Однако современные телескопы, такие как «Хаббл» или «Джеймс Уэбб», снабжённые специальными инструментами, позволяют учёным получать прямые изображения экзопланет и изучать их всевозможные свойства.

Метод гравитационного микролинзирования

Идея состоит в том, что гравитационное поле более близкой звезды увеличивает свет от далёкой звезды, действуя при этом как линза, и учёные это могут заметить.

Если при этом звезда переднего плана имеет планету, то собственная гравитация планеты может повлиять на эффект линзирования. Пока планета, например, находится между звездой и наблюдателем на Земле, будет наблюдаться повышение яркости линзируемой звезды, до тех пор пока объект-линза пересекает луч зрения.

Сложное оборудование и анализ позволяют распознавать эти маленькие искажения и предполагать, что там может быть экзопланета.

Но есть один минус — все объекты должны выстроиться в одну линию.

Открытие планет

Первая экзопланета была открыта в 1995 году астрономами Мишелем Майором и Дидье Кело в Обсерватории Верхнего Прованса и называется «51 Пегаса b». Она была обнаружена допплеровским методом. Эта планета, горячий юпитер, вращается вокруг звезды 51 Пегаса в созвездии Пегаса, откуда и получила своё название.

С тех пор учёные открыли тысячи экзопланет, используя различные методы.

Спектр-УФ

Один из самых важных российских проектов для изучению экзопланет (в том числе), — это проект «Спектр-УФ» (ультрафиолетовый спектрометр), разработанный АО «НПО Лавочкина».

С помощью этого инструмента учёные стремятся определить состав атмосферы экзопланет и, возможно, обнаружить признаки присутствия органической жизни (а не просто искать экзопланеты, как это делал, например, телескоп «Кеплер»).

Он сопоставим по возможностям с легендарным Космическим телескопом имени Хаббла, а в некоторых аспектах даже превосходит его, особенно в области спектроскопии.

Обсерваторию собираются расположить на значительном удалении от Земли — на геосинхронной орбите, на высоте около 35 тысяч километров. Это означает, что мы сможем обнаружить и изучать космические объекты в более широком спектре и получать уникальные данные.

Запуск проекта «Спектр-УФ» запланирован на 2028 год.

Спектр-РГ

А тем временем российские учёные в марте 2022 года при помощи другой обсерватории «Спектр-РГ» открыли пять экзопланет, на которых радиационный фон вполне благоприятен для существования жизни.

С помощью этой обсерватории обнаружили целых 120 звёзд, у которых существуют собственные планетарные системы. Только в одной полусфере неба открыли более миллиона квазаров, десятки галактик и свыше 200 тысяч звёзд!

«Спектр-РГ» — это первый российский космический аппарат, который работает в окрестности точки Лагранжа L2 системы «Солнце-Земля». Он находится на расстоянии 1,5 миллиона километров от нашей планеты.

Аппарат разработан и создан специалистами АО «НПО Лавочкина» и отправлен в космос 13 июля 2019 г.

Первые «российские» экзопланеты

А уже в 2023 году российские учёные обнаружили восемь кандидатов в экзопланеты при помощи роботизированного телескопа в специальной астрофизической обсерватории (САО) Российской академии наук, которая находится в Карачаево-Черкесии.

Наши учёные долгое время практически не принимали участие в поисках экзопланет, а только занимались изучением уже открытых. Лишь с 2020 года в САО РАН стали искать экзопланеты методом транзита.

Что же такого особенного в исследовании экзопланет, что заставляет российских (и не только) учёных браться за такую серьёзную задачу? Изучение экзопланет поможет нам понять, как формируются и эволюционируют планеты, как возникает жизнь и какие условия необходимы для её существования.

Кто знает, может быть, в недалеком будущем мы обнаружим экзопланету, похожую на нашу Землю, где жизнь процветает, и наши учёные окажутся в первых рядах сенсационного открытия. Они стремятся расшифровать тайны Вселенной и помочь нам понять наше место в ней.