Астрономія

Що таке екзопланети? Вони схожі на Землю? На них можуть жити іншопланетяни?

Які об’єкти вчені називають екзопланетами?

Екзопланета — це будь-яка планета за межами сонячної системи. Частіше за все під цим словом розуміють планети, що обертаються довкола своєї зірки. Існують також планети-сироти, що взагалі не прив’язані гравітаційно ані до зорі, ані до коричневого карлика, ані до іншої планети. Серед наукової спільноти немає єдиної думки стосовно того, чи можна відносити такі об’єкти до екзопланет. Наразі нам відомо більше 4 тисяч позасонячних планет. Астрономи мають підстави вважати, що кожна зірка Чумацького Шляху повинна мати принаймні одну екзопланету — тобто, планети довкола зірок це не виключення, а правило.

Виходить, усі вони розташовані дуже далеко від Землі. Тоді як вченим вдається їх знаходити?

Дійсно, довгий час планети за межами Сонячної системи були лише теоретичними об’єктами. Відстань від нас навіть до найближчої зірки вимірюється у світлових роках, а екзопланети набагато менші за зорі та не випромінюють власного світла. Тож для їхнього пошуку вченим частіше за все доводиться використовувати непрямі методи. Найпоширеніші з них — метод радіальних швидкостей і транзитний метод.

Так само, як гравітація зорі впливає на планету, планета впливає на зірку, змушуючи її коливатися. Від цього для спостерігача з Землі зірка періодично трохи наближається, а потім знову віддаляється. Довжина хвилі світла такої зірки, відповідно, то стискається, то розтягується. Завдяки ефекту Доплера ці зміни можна помітити, вивчаючи спектр світила. На цьому базується метод радіальних швидкостей, або метод Доплера. Чим більша маса екзопланети та чим ближче вона розташована до своєї зірки, тим більш помітним буде цей ефект, тож найкраще цей спосіб підходить для виявлення масивних екзопланет на коротких орбітах. Станом на вересень 2020, згідно з даними Енциклопедії позасонячних планет, методом радіальних швидкостей вчені відкрили 900 екзопланет — це близько п’ятої частини від загальної кількості. 

Транзитний метод використовував телескоп “Кеплер”. З його допомогою за 9 років своєї роботи він відшукав більше 2600 екзопланет. Метод полягає у відстеженні періодичних спадів яскравості зірки, що спричинені проходженням екзопланети перед диском свого світила. Вивчаючи частоту та кількість таких транзитів, астрономи можуть оцінити орбіти та маси планет.

У НАСА сподіваються, що телескоп “Джеймс Вебб”, запуск якого запланований на кінець 2021 року, допоможе не тільки досліджувати екзопланети напряму та робити їхні якісні фото, але й детальніше вивчити атмосфери екзопланет. Імовірно, “Джеймс Вебб” матиме можливість навіть шукати на них ознаки життя.

До речі про це: а на яких екзопланетах можуть бути іншопланетяни?

Тільки на тих, що знаходяться у придатній для життя зоні біля своєї зірки. На поверхні екзопланети, яка розташована у цій області, може існувати вода у рідкому вигляді. Ширина та положення цієї зони змінюється в залежності від температури та розміру зорі. Але слід враховувати, що спираючись на цей критерій, астрономи сподіваються знайти вуглецеву форму життя, а не організми із альтернативною біохімією. Це явище дістало назву вуглецевого шовінізму.

Для масивних та гарячих зірок-гігантів придатна для життя зона буде ширшою і знаходитиметься на більшій відстані, ніж для Сонця. Але масивні зірки швидко витрачають своє паливо, тож часу на те, щоб виникнути та розвинутися, у організмів на екзопланеті біля такого світила буде значно менше, ніж у земних організмів. Тьмяні червоні карлики, навпаки, існують набагато довше. Це найбільш розповсюджений тип зірок у нашій галактиці. Придатна для життя зона біля таких зірок розташовується дуже близько до них, що несе значну небезпеку для атмосфер екзопланет, які можуть бути зруйновані періодичними потужними спалахами нестабільних червоних карликів. Окрім того, невелика відстань від світила може стати причиною синхронного обертання, коли екзопланета буде завжди повернута до зірки однією стороною, що зробить умови на її поверхні дуже складними для життя.

Таким чином, перш за все астрономи шукають екзопланети, що обертаються довкола схожих на Сонце світил. Але у придатній для життя зоні біля них не обов’язково будуть знаходитися землеподібні планети. Найпоширеніший тип екзопланет Чумацького Шляху — надземля, маса та радіус якої займає проміжне положення між Землею та газовими гігантами. У нашій Сонячній системі такого типу планет немає, тож астрономи поки що не можуть точно визначити, які умови будуть на їхній поверхні.

Усього одна з п’яти сонцеподібних зірок має у своїй придатній для життя зоні екзопланету, розмір якої приблизно дорівнює земному. Це значно звужує кількість потенційно придатних для життя планет, але їх усе одно залишається достатньо. У нашій галактиці кілька десятків мільярдів зірок можуть мати екзопланети, що підпадають під ці критерії. 

А ми могли б вижити на таких екзопланетах?

Ми не знаємо точно, але можемо припустити, що на деяких це цілком можливо. Тут варто звернути увагу на індекс подібності Землі, який базується на кількох параметрах: розмір екзопланети, її маса, щільність, відстань від зірки і температура на поверхні. Чим вище значення індексу, тим більше екзопланета схожа на Землю. Лабораторія життєпридатності планет при Університеті Пуерт-Ріко в Аресібо створила каталог на основі цього індексу. За даними на грудень 2019, серед 55 потенційно придатних для життя екзопланет найбільший індекс має Teegarden b із показником 0,93. Втім, каталог не включає нещодавно відкритої Kepler-1649c, яку називають найбільш схожою на Землю за розміром і температурою. Але обидві планети знаходяться біля червоних карликів, які могли суттєво вплинути на їхні атмосфери, тож ми не можемо з упевненістю сказати, що нам підходять умови на них.

То чому ми досі не відправили до них космічний апарат, щоб перевірити це?

Найближча до нас екзопланета Проксима Центавра b має досить високий індекс подібності Землі — 0,87, та знаходиться у придатній для життя зоні своєї зірки. Але вона розташована на відстані 4,2 світлових роки від Землі. Поки що у людства просто немає технологій, щоб здійснити таку подорож. Тим не менш, програма Breakthrough Initiatives розробляє місію до Альфа Центавра, у якій знаходиться екзопланета. NASA теж має плани запустити місію до цієї системи у 2069 році — до сторіччя першого польоту на Місяць. Втім, поки що у проєкту немає фінансування, чіткого плану та навіть імені. В обох випадках передбачається, що апарати спиратимуться на технологію сонячного вітрила — пристрою, що використовує для руху тиск лазера або світла на дзеркальну поверхню, але поки що така технологія існує хіба що у фантастичних романах.