Есть ли жизнь у Проксимы Центавра?

Борис Штерн
«Троицкий вариант» №18(212), 6 сентября 2016 года

Борис Штерн

Не осталось никаких сомнений: у ближайшей к нам звезды Проксима Центавра есть планета массой не менее 1,3 массы Земли. Открытие сделано «дедовским» спектрометрическим методом, которым в 1995 году была обнаружена первая экзопланета у обычной звезды. Планету ловят по периодическому доплеровскому смещению линий звезды из-за ее вращения вокруг общего центра тяжести с планетой.

Период 11 дней найден с хорошей значимостью, колебания лучевой скорости звезды — ±2 м/с, что уже давно измеримо; единственное, что удивляет, — почему только сейчас. На самом деле международному коллективу, проводившему измерения на Европейской южной обсерватории, о планете было известно уже давно, просто долго копили данные, а в текущем году усовершенствовали методику. Легкодоступная публикация лежит на сайте обсерватории.

Вообще говоря, это открытие — огромная удача. Обнаружить планету земной массы спектрометрическим методом сложно: «наводка» на движение Солнца от орбитального движения Земли — 10 см/с, что на порядок ниже современного порога регистрации. Тут сказался малый размер орбиты и малая масса звезды, ну и, конечно, сыграла свою роль ее близость к Земле.

Звезда Проксима Центавра слабенькая, красный карлик: в видимом свете уступает Солнцу по абсолютной светимости в видимом свете на четыре порядка, во всем спектре — на три порядка (0,17% солнечной светимости), расстояние до звезды — одна двадцатая земного. Получается, 70% земного обогрева — это среднее между Землей и Марсом. Но поскольку планета тяжелая (1,3 земных массы — это минимум, может быть и 2, и 3 в зависимости от ориентации орбиты), то можно надеяться на толстую атмосферу и парниковый эффект.

В СМИ сразу появились радостные предположения о том, что планета может быть обитаема. Но всё гораздо сложней. Планета из-за приливного трения повернута к звезде одной стороной. Все планеты в зоне обитаемости красных карликов повернуты к звезде одной стороной — это называется приливным замыканием и достаточно легко считается.

Приливное замыкание — очень плохо для обитаемости. Одна сторона всё время горячая, другая — холодная. На холодной стороне со временем окажется вся вода в виде льда и даже весь азот и углекислый газ, тоже в твердой фазе. Собственно, вымерзнет вся атмосфера, кроме водорода и благородных газов. Правда, оговаривается, что мощная атмосферная циркуляция может спасти дело. Лазейки, наверное, есть, но тяжелая проблема остается.

Кроме того, маленькие звезды очень вредные. У них выделенная в недрах энергия выносится наружу глубокой конвекцией, которая генерирует хаотическое магнитное поле, а значит, и мощные звездные вспышки, сильный ультрафиолет, рентген и звездный ветер, который истощает атмосферу планеты. Это не фатально, но очень осложняет дело. Спасти планету может только сильное планетарное магнитное поле и толстая атмосфера, поглощающая ультрафиолет.

В целом, крайне маловероятно, что планета пригодна для жизни, но шанс есть. И этот шанс вдохновляет исследователей писать статьи с климатическими моделями, искать лазейки и предлагать методы исследования планеты. Предполагаю, что команда «Звездного паруса» (Starshot, см. обсуждение этого проекта) ликует. Но не думаю, что открытие поможет безнадежному, на мой взгляд, проекту отправки нанозонда, — зато может стимулировать методы наблюдений.

Напрямую планету еще долго не удастся наблюдать. Ее угловое расстояние от звезды — 1/20 секунды дуги. Формально, гигантские строящиеся наземные телескопы будут обладать лучшим разрешением. Но никакая адаптивная оптика не избавит от гало вокруг звезды, в котором потонет планета.

Космический телескоп «Джеймс Вебб», который будет запущен в 2018 году, также вряд ли сможет наблюдать планету напрямую: его дифракционный предел на волне 1 микрон лишь немногим меньше углового расстояния между звездой и планетой. А на нескольких микронах, где планету наблюдать легче и интересней, новый телескоп принципиально не сможет отделить планету от звезды. Такая задача по зубам лишь космическому интерферометру, все проекты которых закрыты (см. мою статью про экзопланеты).

Но всё же многое можно узнать, хорошо измеряя суммарный свет звезды и планеты. Одно из последних исследований на эту тему опубликовано в статье Prospects for characterizing the atmosphere of Proxima Centauri b (Kreidberg L., Loeb A.). Постоянно наблюдая яркость системы, можно вытянуть периодический сигнал известной частоты, связанный с тем, что планета поворачивается к нам то холодной, то горячей стороной. Если планета лишена атмосферы, амплитуда соответствующего сигнала — 3×10⁻⁵ от яркости звезды.

Лучевая скорость звезды в зависимости от фазы орбитального периода планеты (11,2 дня). Скорость дана после вычитания всех эффектов, связанных с неравномерным движением Земли. Треугольники и квадраты — более ранние измерения разными спектрометрами; кружки — новые измерения 2016 года, сделанные по усовершенствованной методике. Разброс точек больше указанных статистических ошибок из-за систематических ошибок измерений

Если есть атмосфера — амплитуда меньше; конкретная величина зависит от характера атмосферы. А в принципе, можно вытащить и спектр планеты, из которого можно узнать очень многое — состав атмосферы, даже наличие кислорода.

Это всё очень интересно, и мы, вероятно, узнаем многое о планете у ближайшей звезды в обозримое время. Это воодушевляет, даже если результат окажется разочаровывающим.