Проксиму b проверили на устойчивость к радиации. Что нужно знать о Проксиме Б - самой близкой к нам планете, пригодной к обитанию? Можно ли улететь с Проксимы b

На прошлой неделе, возможно, произошло самое важное открытие экзопланеты, которое когда-либо делали астрономы. Ученые из проекта Pale Red Dot объявили, что они нашли планету, потенциально похожую на нашу Землю, и расположена она в системе ближайшей звезды к нашему Солнцу - Проксимы Центавра. В астрономических размерах - это в двух шагах от нас.

Открытие планеты, названной Проксима Б, по понятным причинам привело научный мир в экстаз, и многие говорят о том, что этот мир расположен достаточно близко, чтобы подробно его изучить и, возможно, даже посетить.

Но что мы знаем об этом мире на сегодняшний день, можно ли там жить и когда мы сможем его посетить? Давайте найдем ответы на самые волнующие вопросы о Проксиме Б.

Действительно ли существует эта экзопланета?

Прямых доказательств нет, но это очень вероятно. Планета была обнаружена путем измерения колебаний в Проксиме Центавра, вызванных орбитой планеты. Этот процесс известен как доплеровская спектроскопия. Хотя ученые, сделавшие это открытие, практически уверены, что планета существует, есть небольшой шанс, что это не так. Взять, к примеру, Альфу Центавра Бб - предполагаемую экзопланету вокруг звезды Альфа Центавра Б. Позже выяснилось, что это было ошибочное открытие. Тем не менее на этот раз ученые говорят, что они проверили все более тщательно. Таким образом, Проксима Б, вероятно, все-таки существует.

Является ли она пригодной для жизни?

Этого мы не знаем наверняка. Все, что мы на данный момент знаем о планете, - она имеет массу, которая, по крайней мере, в 1,3 раза больше, чем масса Земли (но не более, чем в 3 раза). Также планета, вероятно, каменистая, и вращается вокруг своей звезды на расстоянии 5% от того, как Земля отдалена от Солнца. Вокруг такой звезды, как наша, этот мир был бы непригодным к существованию.

Однако родительская звезда Проксимы Б гораздо меньше. Это красный карлик, который излучает меньше света, чем наше солнце, поэтому обитаемая планета может существовать ближе. Действительно, Проксима Б считается обитаемой в зоне своей звезды, на ней даже может существовать жидкая вода. Тем не менее на таком незначительном расстоянии от звезды возможны всплески рентгеновских лучей, что может осложнить ситуацию.

Может ли на планете существовать жизнь?

Это зависит от целого ряда вещей. Во-первых, мы должны знать, какую атмосферу имеет эта планета, если она есть. Орбиту своей звезды она проходит за 11,2 земных суток, и на таком расстоянии она почти наверняка заблокирована. Это значит, что одна из ее сторон постоянно развернута к звезде и находится под воздействием тепла, в то время как на другой - постоянная холодная ночь. Тем не менее толстый слой атмосферы, если он существует, может проводить тепло по всей планете.

Мы также не знаем точных размеров планеты, а это дало бы ответ на многие вопросы. Также красные карлики испускают меньше света, чем наше солнце, а это значит - дают меньше энергии для жизни. То есть если жизнь там действительно существует, она может быть в форме микроорганизмов, а не чего-то большего, как на нашей планете.

Как мы можем узнать больше о планете?

Для этого необходимо использовать более мощные телескопы. Будущие проекты, такие как Европейский телескоп или космический телескоп Джеймса Вебба, потенциально могут дать нам лучшие представления об этом мире. Возможно даже, мы получим непосредственное изображение этого объекта.

Более подробное изучение планеты, к примеру, измерение ее атмосферы, во многом будет зависеть от того, проходит ли небесное тело вокруг своей звезды с нашей стороны, или нет. Пока мы не знаем, как расположена орбита этой экзопланеты, и проходит ли она перед своей звездой относительно нас. Если это так, мы сможем измерить свет от звезды, проходящий через атмосферу, чтобы определить состав ее атмосферы, а также увидеть признаки жизни на поверхности. В противном случае все будет намного сложнее.

Сможем ли мы когда-нибудь ее посетить?

Находясь расстоянии 4,2 световых лет, Проксима Б является ближайшей экзопланетой из когда-либо обнаруженных. Это расстояние в 40 триллионов километров, и оно по-прежнему очень далекое. Наш космический аппарат «Вояджер-1» смог облететь ничтожные 20 миллиардов километров за 40 лет. Таким образом, учитывая мощность современных устройств, нам понадобились бы сотни тысяч лет, чтобы долететь туда.

Расположенная ближе всего к нашей Солнечной системе экзопланета, обращающаяся вокруг звезды Проксима Центавра всего в 4,2 световых годах от Солнца, как подтверждают результаты всестороннего компьютерного моделирования, является пригодной для жизни. Такие выводы позволили сделать новейшие расчеты моделей, сделанные на основе уже известных о планете Проксима b данных.

Художественное представление планеты Проксима b на фоне ее звезды Проксима Центавра и ее звезд-спутников Альфа Центавра А и В. Copyright: ESO/M. Kornmesser

Команда исследователей под руководством Энтони Дель Генио из Годдардовского института космических исследований NASA написала в новом номере журнала Astrobiology, основываясь на оценках компьютерных моделей, которые используются для моделирования изменения климата на Земле, но уже с данными, известными о Проксима Центавра b.

Результаты моделирования показывают, что Проксима b даже при различных сценариях может иметь на своей поверхности большие объемы жидкой воды, по причине чего вероятность наличия жизни на этой планете значительно возрастает. «Ключевым результатом нашего комплексного моделирования является то, что вероятность пригодности планеты для существования жизни действительно чрезвычайно велика», - говорит Дель Генио.

Сама Проксима Центавра представляет собой прохладную красную карликовую звезду, расположенную на расстоянии 4,2 световых лет от Солнца. И хотя располагается она к нашей Солнечной системе столь близко, астрономы пока слишком мало знают об окружающей этого красного карлика системе. И даже первая, и до сих пор единственная известная планета этой звезды (Проксима Центавра b), была открыта только в 2016 году. Проксима b в 1,3 раза превышает размеры Земли, а один оборот вокруг своей звезды она совершает всего за 11 суток.

«Мы предполагаем, что планета обладает атмосферой и океанами на поверхности, при этом она обращается вокруг своего светила в пределах его зоны жизни», - говорят исследователи. - «Благодаря этому, планета получает достаточно света, чтобы температуры у поверхности поддерживались выше точки замерзания воды». Но так как планета обращается вокруг своей звезды на достаточно близком расстоянии, нельзя исключать, что между ними существует такая же связь, как у Земли с Луной, то есть планета остается постоянно повернутой к звезде только одной стороной.

В то время, как более ранние модели предполагали, что нагревается только повернутая к звезде сторона планеты, а на обратной ее стороны океаны замерзают, Дель Генио тоже не стал исключать возможность такой оттаявшей в форме глазного яблока, повернутой к звезде гемисферы, пригодной для жизни - так называемой «планеты-глазного яблока».

Так художник видит «планету-глазное яблоко». Copyright: NASA/JPL-Caltech

Комплексность нового моделирования превзошла все предыдущие расчеты моделей, и в них были включены также данные динамики циркуляции океана и атмосферы, благодаря которой происходит глобальное распределение тепла.

При таком положении вещей, вполне можно допустить, что хотя отвернутая от светила сторона никогда не видит «солнечных лучей», но вдоль экватора вокруг всей планеты тянется полоса жидкой воды. Нечто подобное наблюдается и на нашей Земле, где благодаря Гольфстриму на Восточном побережье США всегда значительно теплее, чем это могло быть без этого теплого течения из тропиков.

В общей сложности ученые группы Дель Генио тщательно проверили 18 потенциальных планетарных сценариев, где рассматривались варианты с эффектами больших континентов, тонкой атмосферы, различных атмосферных составов и даже воздействие различных концентраций соли в предполагаемом океане.

И почти все эти варианты показали, что, как минимум, части этой планеты должны оставаться достаточно теплыми для того, чтобы на поверхности сохранялась жидкая вода и океаны. «Чем больше поверхность потенциально жидкой воды, тем большей видится и вероятность, что с помощью телескопов будущих поколений мы сможем разглядеть там и жизнь», - помечтал напоследок Дель Генио.

Планетологи просчитали все возможные радиусы ближайшего к Земле двойника и предположительный состав ее недр. То, что Проксима b находится близко к светилу, не исключает жизни на ней. Так, если там есть вода, значит, планета не слишком горячая.

На этой планете могут существовать жидкие океаны, и, соответственно, какие-то формы жизни.

Бастьен Брюгге

Ученый-планетолог из Университета Марселя (Франция)

Особенности Проксимы Центавра b

Планета является ближайшим двойником Земли – находится внутри «зоны жизни» у звезды-красного карлика Проксимы Центавра на расстоянии 4 световых лет от нашей планеты. Ее масса в 1,2 раза больше, чем у Земли.

Открыли Проксиму Центавра b специалисты Европейской южной обсерватории 24 августа 2016 года. На существование планеты указал анализ архивных данных о движении Проксимы Центавра.

Звездную систему исследовали в рамках проекта «Бледно-красная точка» методом радиальных скоростей. Наличие объекта на орбите Проксимы Центавра в этом случае подтверждается периодическим смещением допплеровского спектра звезды. Данные, полученные спектрографами HARPS и UVES, позволили группе ученых из Университета Королевы Марии в Лондоне под руководством Гиллема Англада-Эскуде утверждать, что планета существует и она подобна Земле.

Проксима Центавра b вращается вокруг звезды на расстоянии, которое в 20 раз меньше расстояния от Земли до Солнца. На полный оборот планета тратит чуть меньше12 земных дней. Многие планетологи считали, что из-за близости к Проксиме Центавра и агрессивного влияния на ее атмосферу вспышек на поверхности звезды на планете не может существовать жидкого океана, а значит, и жизни.

Однако Брюгге и его коллеги предположили: если радиус планеты составляет 0,9 от земного, то она будет похожа на Меркурий – недра плотные, значительная часть массы – металлическое ядро. Но при этом 0,05% от массы планеты может составлять вода – на Земле ее примерно столько же.

Если же радиус Проксимы Центавра b составляет 1,4 от земного, то ее недра, наоборот, неплотные. Тогда это планета-океан, половина массы которой – вода, другая половина – каменное ядро. В этом случае глубина океана на Проксиме Центавра b составляет около 200 км.

В обоих вариантах атмосфера планеты достаточно тонкая и похожа на земную

Точно установить, есть ли океан на Проксиме Центавра b, можно будет только после получения качественных спектральных данных планеты и всей системы. Пока же ученые не отрицают, что вспышки на звезде и ультрафиолетовое излучение могли испарить большую часть океана.

После нескольких лет изучения Проксимы Центавра астрономы наконец-то нашли доказательство, что у этой звезды имеется планета, причем весьма похожая на Землю: размером лишь немного больше. К тому же орбита планеты располагается в обитаемой зоне звезды, то есть на ее поверхности может существовать вода в жидком виде.

Современную публику уже не удивляют сообщения об открытии экзопланет. Благодаря появлению эффективных методов обнаружения и таких аппаратов, как космический телескоп «Кеплер», счет зафиксированным эзкопланетам идет на тысячи. Интерес вызывают открытия экзопланет земного типа и экзопланет в звездных системах, расположенных недалеко от Солнечной системы. Нынешняя новость, о которой сообщила Европейская Южная Обсерватория, удовлетворяет сразу обоим условиям. Новая землеподобная планета настолько близка к Земле, что ближе уже некуда.

Найденная планета получила название Проксима b. Она вращается вокруг Проксимы Центавра – красного карлика, одного из трех компонентов Альфы Центавра. Расстояние до Земли от Проксимы Центавра составляет 4,25 светового года, не существует звезд, которые располагались бы еще ближе. Прошлый рекорд для планет, на которых возможно появление жизни, был равен 11,7 светового года. Он принадлежал планете Wolf 1061c в созвездии Змееносца.

Об открытии впервые сообщили журналисты немецкого еженедельника «Шпигель» в начале августа, ссылаясь на анонимный источник. Астрономы не торопились подтверждать это известие. Однако в начале этой недели Европейская Южная Обсерватория анонсировала, а 24 августа провела пресс-конференцию, на которой ученые рассказали подробности о Проксиме b. Также итоги их работы отражены в статье, опубликованной в журнале Nature.

Наблюдения за Проксимой Центавра ученые вели при помощи High Accuracy Radial velocity Planet Searcher (HARPS) установленного в обсерватории Ла-Силья в Чили на 3,6-метровом телескопе прибора. В 2012 году с его помощью обнаружили планету, которая вращается вокруг другого компонента тройной звезды – Альфы Центавра B, правда, сейчас существование этой планеты поставлено под сомнения.

Ученые наблюдали признаки планеты Проксима b в течение 60 ночей подряд начиная с января 2016 года. По их расчетам, масса этой планеты всего в 1,3 раза больше массы Земли, а вокруг своей звезды она обращается с периодом 11,2 дней. Проксима b расположена очень близко к звезде, на расстоянии, составляющем всего 5 % расстояния от Земли до Солнца. Но есть шанс, что поверхность этой планеты все-таки не выглядит как раскаленная пустыня. Дело в том, что Проксима Центавра – не слишком яркая звезда. По расчетам Проксима b получает лишь 65 % той энергии, которую получает Земля от Солнца. Так что на ее поверхности действительно может существовать жидкая вода. «Существует обоснованное подозрение, что эта планета может быть в состоянии стать вместилищем жизни», – говорит один из авторов открытия Гиллем Англада-Эскюде (Guillem Anglada-Escudé) из Университета королевы Марии в Лондоне.

Но все равно вряд ли на Проксиме b условия особо благоприятны для жизни. Сила гравитации скорее всего ориентировала ее так, что одно полушарие всегда смотрит на Проксиму Центавра, а второе – в противоположном направлении, подобно тому, как развернута Луна по отношению к Земле. В результате этого на одной половине планеты постоянный день, а на другой ночь, а разница температур между ними огромна. Пока приблизительные расчеты показывают, что средняя температура на Проксиме b должна быть равна –40°C, если же на ней имеется атмосфера, то этот показатель будет выше. Для сравнения на Земле, лишенной атмосферы и океанов, средняя температура поверхности равнялась бы от –20°C до –30°C.

Благодаря своей близости к Проксиме Центавра, планета получает в 100 раз больше излучения высокой энергии (в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазоне), чем Земля. Это фактор тоже не благоприятствует наличию жизни. Осложняет ситуацию и то, что Прксима Центавра – вспыхивающая переменная звезда, и во время вспышек ее светимость может возрастать в несколько раз. Защитой от частиц высоких энергий может послужить магнитное поле, но мы не знаем, есть ли оно у планеты Проксима b.

Помимо дискуссий о возможности наличия на Проксиме b воды и жизни, которые кажутся все-таки несколько преждевременными, с новой планетой связаны и другие загадки. Например, само образование каменистой планеты на таком небольшом расстоянии от звезды кажется маловероятным. По предположению, высказанному Гиллемом Англада-Эскюде, Проксима b могла сформироваться в другом месте, дальше от звезды, а затем по неясным пока причинам переместиться на более близкую орбиту. Если это так, то наличие на планете воды становится более вероятным.

Теперь астрономы стали пытаться зафиксировать проходы Проксимы b на фоне звездного диска Проксимы Центавра. Наблюдение таких проходов позволит им точнее определить размеры и массу планеты, а значит и рассчитать ее плотность, проверив гипотезу о том, что это каменистая, а не газовая планета. Звездный свет, проходящий через атмосферу Проксимы b, позволит ученым узнать, какие газы входят в ее состав. Но шансы наблюдать такие проходы в условиях Проксимы Центавра невелики. Поэтому основную надежду возлагают на космические телескопы «Джеймс Уэбб» и TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), которые еще только планируют запустить.

Поверхность Проксимы Центавра b в представлении художника

Компьютерное моделирование показало, что условия на Проксиме Центавра b могут быть пригодны для существования жизни, если планета имеет атмосферу по плотности схожую с земной. В таком случае газовая оболочка экзопланеты сможет защитить ее обитателей от губительного воздействия излучения центральной звезды. Статья опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters .

Планета Проксима Центавра b астрономами в этом году и сразу же вызвала большой интерес со стороны научного сообщества. Это не удивительно: во-первых, она вращается вокруг ближайшей к Земле звезды - Проксимы Центавра, а во-вторых, находится в потенциально обитаемой зоне, то есть там, где может существовать жидкая вода. Однако наблюдательных данных, которые позволили бы достоверно судить о том, может ли на Проксиме b существовать жизнь, пока что недостаточно. Фактически, все, что известно ученым, - это период вращения планеты (11,2 земных суток), приблизительная масса (1,2 массы Земли) и удаленность от светила (0,05 астрономических единиц). Тем не менее, исходя из этой информации, а также из сведений о Проксиме Центавра, можно строить модели, пусть и основываясь на различных допущениях.

Так, расчеты показывают, что на поверхность планеты будет падать большое количество экстремального ультрафиолетового и рентгеновского излучения. По оценками исследователей, Проксима b должна получать, как минимум, в 250 раз больше рентгеновского излучения, чем Земля. Это накладывает определенные ограничения на возможность существования жизни на планете, так как рентгеновские лучи являются ионизирующими , то есть вредными для живых организмов. Так, смертельная доза радиации для человека составляет 5 до 10 зиверт, для золотой рыбки - 100 зиверт, 100-1000 зиверт для насекомых, 10 000 зиверт для вирусов и 10 000 - 100 000 зиверт для бактерии Deinococcus radiodurans .

Однако автор новой работы, Димитра Атри (Dimitra Atri), считает, что жизнь на Проксиме b сможет существовать, даже если на Проксиме Центавра будут происходить вспышки и выбросы корональной массы, сопровождаемые всплесками протонов высоких энергий. К такому выводу он пришел, оценив вероятный размер звездных вспышек (на основе зарегистрированных солнечных вспышек), возможную плотность атмосферы планеты и напряженность магнитного поля.

Доза радиации, которая попадет на Проксиму b в результате вспышки на Проксиме Центавра, если атмосфера будет иметь «столбцовую плотность» 100 (сплошная линия), 300 (точечный пунктир), 700 (короткие штрихи) и 1000 (длинные штрихи) грамм на сантиметр в квадрате. Горизонтальной линией показана усредненная суточная доза радиации от естественного радиационного фона на Земле.

Расчеты астрофизика показали, что если планета будет иметь газовую оболочку по плотности не уступающую земной («столбцовая плотность » около 1000 грамм на сантиметр в квадрате) и такое же, как у Земли, магнитное поле, то организмы на ее поверхности смогут пережить большинство вспышек на Проксиме Центавра. По оценкам исследователя, биосфере планеты вряд ли навредят даже мощные вспышки с энергией более 1×10 35 эрг (большие вспышки на Солнце имеют энергию около 1×10 32 эрг). В случае, если атмосфера будет менее плотной («столбцовая плотность» 700 грамм на сантиметр в квадрате), выбросы частиц с высокими энергиями станут угрозой для некоторых видов, например человека. В худшем случае, если у Проксимы b почти не окажется магнитного поля, вспышки «сдуют» с нее атмосферу и тогда вся жизнь, подобная земной, погибнет.

Тем не менее, автор работы подчеркивает, что при оценке жизнепригодности планеты необходимо учитывать не только единовременный, но и накопительный эффект, создаваемый всплесками протонов высоких энергий. На красных карликах спектрального класса М (к которым относится Проксима Центавра) вспышки с мощностью 10 34 -10 35 эрг происходят примерно раз в десятилетие, а с мощностью 10 32 - каждые пять дней. На поверхность планеты с атмосферой и напряженностью магнитного поля, как у Земли, все равно будет попадать сравнительно небольшая доза радиации (около 0,01 зиверт), но при отклонениях - например, при более тонкой атмосфере - они уже будут вредить живым организмам (например, для человека вредной считается доза радиации от 50 миллизиверт).

Недавно астрофизики попытались рассчитать возможный состав и строение Проксимы b. По их оценкам, на поверхности планеты существовать океан, однако эти расчеты весьма приблизительны. Модели других исследователей показывают, что у тусклых звезд вполне могут формироваться землеподобные планеты, и ученые также допускают на них существование океанов.

Кристина Уласович