Як вчені шукають гідну заміну Землі: від античних філософів до сонячного вітрила

У списку найважливіших цілей, заради яких людство прагне у Всесвіт, чи не на першому місці знаходяться пошуки позаземного життя і придатних для проживання планет. У питанні виявлення інопланетян (в будь-якому вигляді, хоч примітивних бактерій, хоч у формі мислячого океану) справа поки з мертвої точки не зрушила. На Марсі навіть слідів живих істот, не знайдено, та й сигнали від інших цивілізацій з інших галактик теж не спіймані.

Що стосується пошуку планет, схожих на Землю, то тут певний прогрес є. Причому успіхи з'явилися всього лише чверть століття тому: до того часу у астрономів не було ніякої достовірної інформації про те, чи існують взагалі планети за межами нашої Сонячної системи. Тепер у землян з'явилося експериментальне підтвердження того факту, що екзопланет (тобто таких, що знаходяться поза системою Сонця) – безліч. І шанси на те, що одного разу у Всесвіті знайдеться альтернатива нашій Землі, все зростають.

ПЕРЕДІСТОРІЯ: ВІД АНТИЧНИХ ФІЛОСОФІВ ДО "ХАББЛА"

Деокупація півдня країни – як українські військові відвойовують території

Заборона на пересування країною для військовозобов'язаних – всі деталі

Ракетні удари по мирних українськиих містах - липень 2022

Ядерний тероризм Росії

Ідея множинності світів з'явилася в умах філософів ще в античну епоху. Справедливості заради варто помітити, що судження, аналогічні тим, що зустрічаються у давньогрецьких атомістів, висловлювали сучасні їм мислителі Індії. Втім, далі умоглядних міркувань ніхто з них не пішов. Причини очевидні – малий рівень знань про навколишній світ і відсутність інструментів і методик, що дозволяють перевірити гіпотези.

Наступний важливий крок був зроблений тільки в XVI столітті. Називався він переходом від геоцентричної до геліоцентричної картини світу. На честь Миколи Коперника, який вчинив цей переворот в умах, згодом назвали принцип (його ще називають "принцип пересічності") – свідчить, що Земля зовсім не унікальна, і у Всесвіті повинна мати місце певна кількість систем з аналогічними умовами. Трохи відволікаючись від нашої розповіді, зауважимо: на зміну принципу Коперника в XX в. прийшов космологічний принцип – наш Всесвіт однорідний по всіх просторових напрямках.

У минулому столітті була зроблена перша ґрунтовна спроба експериментально довести існування планет за межами Сонячної системи. Американський астроном Пітер Ван де Камп 40 років присвятив дослідженню так званої Легкої зірки Барнарда. Це одна з найближчих до нас зірок (відстань до землі – 6 світлових років).

Грунтуючись на вивченні десятків тисяч фотознімків, отриманих за допомогою потужного телескопа, Ван де Камп припустив, що навколо зірки Барнарда обертається гігантська планета пропорційна з Юпітером. Втім, вже за життя астронома з'явилися сумніви в наявності такої планети. Колеги вважали, що Вана де Кампа ввели в оману перешкоди апаратури. Відсутність планети в околицях зірки Барнарда остаточно було доведено тільки наприкінці 90-х років завдяки спостереженням, проведеним за допомогою орбітальної астрономічної обсерваторії "Хаббл". Тоді ж стало зрозуміло – існуючі на той час наземні телескопи здебільшого не приносять користі при пошуках екзопланет. Для цієї мети потрібно виводити астрономічні інструменти на орбіту навколо Землі.

Втім, в останні роки були створені нові величезні телескопи, які вже повним ходом використовують для пошуків нових екзопланет.

Першим небесним тілом цього типу, відкритим поза межами Сонячної системи, виявився Тадмор, що обертається навколо зірки гамма в сузір'ї Цефея на видаленні 45 світлових років від Землі. Відкриття відбулося ще в далекому 1988 році, але скептики сумнівалися дуже довго. Остаточно існування Тадмора було підтверджено лише в 2002 р.

Однак починаючи з 90-х років переконливі повідомлення про відкриття екзопланет стали приходити все частіше і частіше. Сьогодні нам відомо про тисячі небесних тіл цього типу з найрізноманітнішими розмірами і природними умовами.

ЯК ШУКАЮТЬ ЕКЗОПЛАНЕТИ

Розгледіти невеликі космічні тіла, що обертаються навколо зірок, в оптичні телескопи неможливо. І для пошуку екзопланет застосовують інші, дуже витончені методи. Велика частина відкриттів зроблена за допомогою спектрометричного виміру радіальної швидкості зірок і спостережень за проходженням (транзитом) планети на тлі зірки. Звучить дивно, але спробуємо розібратися.

РОЗГОЙДАТИ ЗІРКУ. Перший метод заснований на тому, що планета, обертаючись навколо світила, трохи його розгойдує. Вимірюючи певні параметри випромінювання зірки (допплерівське зміщення спектра), можна вловити це розгойдування. Тобто – говорити про те, що навколо зірки обертається щось. А нерідко навіть визначити масу і орбіту об'єкта. На жаль, так впливати можуть тільки планети-гіганти на кшталт Юпітера. З іншого боку – упертості і винахідливості людини немає меж: сьогодні з вивчення спектрів вже відкривають не тільки екзопланети-гіганти, але і суперземлі (так називають планети, розміри яких перевищують Землю "всього лише" в кілька разів).

ЗАТЕМНЕННЯ. Метод транзиту використовується в разі, якщо площина орбіти екзопланети виявиться на лінії погляду земного спостерігача. В такому випадку можна засікти далеку планету в момент, коли вона виявляється на тлі диска зірки (іншими словами, влаштовує таке мікрозатемнення), затуляє частину світлового потоку від світила і таким чином призводить до зменшення її яскравості. Завдяки таким спостереженнями вдається не тільки виявити екзопланету, але іноді оцінити її радіус і щільність. А за цими даними вже можна судити про природні умови на її поверхні. Цікаво, що більшу частину екзопланет, відкритих цим методом, знайшли за допомогою одного пристрою – космічного телескопа "Кеплер".

НАДІЯ: ШАНСИ НА УСПІХ ЗРОСТАЮТЬ

У наш час відомостей про екзопланети набралося вже досить, щоб класифікувати їх. Звичайно, більшу частину відомих нам небесних тіл у далеких зірок складають планети-гіганти на кшталт Юпітера. Їх і класифікують, спираючись на таку аналогію. Є серед екзопланет холодні, гарячі, ексцентричні і супер-Юпітери, гарячі і холодні Нептун, водні та крижані гіганти ... Якщо говорити про екзопланети не настільки великі, то серед них є міні-, мега- і суперземлі, планети-океани (правда , складаються останні в основному з криги).

Звичайно, відомості про всі ці об'єкти дуже важливі для фахівців. Але не будемо забувати, що справжньою рушійною силою в пошуках екзопланет є бажання знайти мир, схожий на нашу Землю. І не тільки розмірами, а й природними умовами на поверхні. А там, дивись, і позаземне життя виявиться ...

На сучасному рівні наших знань прийнято вважати, що для виникнення життя важливі не тільки розміри планети, але і її видалення від зірки, навколо якої вона обертається. Ця відстань повинна бути такою, щоб температура на поверхні коливалась в інтервалі 0-100°С. Бо якщо у планети є ще й атмосфера, то дуже великий шанс на присутність там води в рідкій фазі, а відповідно – і на існування живих організмів. Інтервал відстаней від зірки, в яких можуть дотримуватися цих умов, називають зоною населеності. І потрапляючі в зону населеності екзопланети цікавлять дослідників більше інших. Що радує: планета, схожа із Землею, є біля Проксіми Центавра – однієї з найближчих до Сонячної системи зірок. Так, вже зрозуміло, що атмосфери, води і життя там немає. Але зате вона відносно близька до нас.

На жаль, навіть планети земного типу, які знаходяться в цьому сприятливому інтервалі, поки не виправдовують надії. Так, в лютому цього року NASA скликала прес-конференцію, на якій авторитетно заявила: знайдена мало не копія Сонячної системи біля зірки. Виявилося, що навколо зірки TRAPPIST-1 обертається цілих сім планет земного типу! Причому три з них – у зоні населеності. Оприлюдненню відкриття передувало нагнітання інтриги ("все дуже епохально, але подробиці – тільки на прес-конференції"). А пізніше була випущена навіть серія плакатів, присвячених відкриттю. На жаль, незабаром додалася невтішна інформація: виявилося, що зірка TRAPPIST-1 викидає в навколишній простір потужні потоки плазми, які не залишають шансів на виживання на поверхні планет.

Що б там не було, надія на відкриття "другого Землі" поки не згасає. Повідомлення на відкриття претендентів на цю роль приходять із завидною регулярністю. Пошук другої Землі триває.

ІДЕЯ: ПІД СОНЯЧНИМ ВІТРИЛОМ – ДО ЗІРОК

Хоча екзопланет відкрито вже чимало, їхній пошук ведеться на межі можливостей наявних сьогодні техніки і методик. Через жахливу відстань здебільшого вдається достовірно з'ясувати сам факт існування небесного тіла, і щось дізнатися про найзагальніші параметри – розміри, масу, орбіти, періоди обертання навколо зірки. От би підібратися до об'єктів дослідження хоч трохи ближче ...

До останнього часу подібні плани серйозно не сприймалися. Існуючі технології не дозволяють розвинути необхідні для такої подорожі швидкості. Політ до найближчих до Сонячної системи зірок (альфа і Проксима Центавра) триватиме десятки тисяч років, і втратить будь-який сенс.

Однак в 2016 році мільярдер Юрій Мільнер і фізик Стівен Хокінг (до них також приєднався Марк Цукерберг) презентували проект Breakthrough Starshot. Ідея підприємства така: до Проксіма Центавра запускається безліч мініатюрних (розміром зі смартфон) пристроїв StarChip. Вони приводяться до руху сонячними вітрилами, на які спрямовуються лазерні промені з землі. StarChip буде складатися з мініатюрного радіоізотопного генератора енергії потужністю 1 Вт, нанодвигуна для корекції напрямку, тонкоплівкових конденсаторів для зберігання енергії і мініатюрної камери. Діаметр вітрила, який буде вловлювати випромінювання Сонця і промінь лазера – близько 1 м. Якщо поставити виробництво таких апаратів на потік, їх вартість не буде перевищувати вартість сучасного смартфона. Ініціатори проекту вважають, що пристрої можна розігнати до чверті швидкості світла, і за 20 років досягти околиць зірки. Ще майже п'ять років доведеться чекати сигнал від апаратів, коли досягнуть мети.

Поки що всі складові проекту існують лише на папері, і лише підготовка до його реалізації займе десятки років (старт намічений десь на середину нашого століття). $ 100 млн планується інвестувати тільки у вивчення можливості здійснення подібного проекту. Всього ж, для того, щоб запустити зграю мікровітрил до Проксіма, доведеться затратити $ 5-10 млрд. Хоча ідея і піддається сильній критиці, ніхто не заперечує той факт, що технології, які з'явилися в ході реалізації проекту можуть знайти багато інших застосувань. Наприклад – при вивченні Сонячної системи.