Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли

Имея данные измерения лучевой скорости, мы также могли бы оценить эксцентриситет орбиты планеты. При наблюдении прохождения Кеплер-22 b астрономы видят только часть орбиты в тот момент, когда планета проходит по диску звезды, тогда как при измерении лучевой скорости звезды с целью оценки изменений в ее движении они могут проследить за планетой на всем протяжении ее орбиты. При обнаружении планеты транзитным методом сохраняется вероятность того, что она может двигаться по сильно вытянутой орбите и проводить лишь крошечную часть своего года в зоне умеренных температур.

Согласно эмпирически выведенному правилу, упоминавшемуся в главе 6, планета, чей диаметр превышает 1,5 диаметра Земли, вряд ли может иметь твердую поверхность. Однако промежуточный размер Кеплер-22 b может указывать на то, что этот мир покрыт водой. В этом случае твердое ядро планеты должно быть полностью покрыто океанской толщей в тысячи километров. Учитывая, что само определение понятия зоны умеренных температур основано на наличии воды на поверхности планеты, факт наличия покрывающего всю поверхность планеты моря должен рассматриваться как аргумент за при обсуждении вопроса о жизнепригодности. Проблема состоит в том, что, как мы могли видеть в предшествующей главе, отсутствие суши является препятствием для круговорота углерода. Это не значит, что на такой планете не может быть жизни, но, если она там все-таки есть, она точно будет отличаться от всего, что есть на Земле. Так что, несмотря на громкие заявления, Кеплер-22 b не является второй Землей.

В 2010 г. самым обсуждаемым местом в Галактике стала область вокруг красного карлика Глизе 581. Эта маленькая звезда в три раза легче Солнца находится на расстоянии 20 световых лет от нас в созвездии Весы. В ее неярком свете, как считалось, пригрелись шесть планет с массами в диапазоне между массами Земли и Нептуна — своего рода Солнечная система в миниатюре. Но самое интересное, что три из этих миров казались потенциально пригодными для жизни.

Пространство вокруг красных карликов с массами от одной десятой до половины массы Солнца — отличное место для поиска небольших планет. Во-первых, эти тусклые звездные очаги многочисленны: на них приходится три четверти всех звезд в нашей Галактике. Разница в размере между такой звездой и планетой не так велика, что делает более заметными как падения яркости при прохождении планеты по диску звезды, так и изменения лучевой скорости звезды и тем самым облегчает фиксацию этих явлений. Наконец, из-за низкой светимости зона умеренных температур в планетных системах вокруг таких звезд находится намного ближе к светилу. Благодаря такой близости повышается вероятность прохождения по диску звезды планеты, находящейся в пределах зоны умеренных температур, поскольку избежать этого сможет только планета с очень большим значением наклонения орбиты. Кроме того, короткая орбита означает короткий год. То есть прохождения должны случаться часто, увеличивая шансы на успех при поиске планеты. Таким образом, в планетных системах в окрестностях красных карликов проще всего найти миры с твердой поверхностью в зоне умеренных температур.

В период с 2005 по 2010 г. с помощью метода лучевых скоростей на орбитах вокруг Глизе 581 было найдено шесть планет. Первой, как и можно было предположить, была обнаружена самая тяжелая планета с самой короткой орбитой — Глизе 581 b, представляющая собой мир размером с Нептун с массой почти в 16 масс Земли и периодом обращения чуть больше пяти суток. Следующие две обнаруженные планеты оказались суперземлями — Глизе 581 c и Глизе 581 d. Их массы равны 5,5–6 массам Земли, а периоды обращения составляют 13 и 67 суток соответственно. Затем была найдена планета, масса которой превышает земную всего в два раза. Глизе 581 e движется вокруг звезды по еще более короткой орбите, чем три ее планетных сестры: ее период обращения составляет всего лишь 3,1 дня. Наконец, были обнаружены еще две суперземли, которые находятся несколько дальше. Одна из них, Глизе 581 f, имеет массу, равную 7 массам Земли, и период обращения 433 суток, вторая, Глизе 581 g, весит как 4 Земли и совершает полный оборот вокруг звезды за один месяц.

За исключением самой дальней суперземли — Глизе 581 f, все планеты обращаются намного ближе к своей звезде, чем любая из планет в Солнечной системе. Но светимость красного карлика настолько низка, что даже на таком расстоянии она вряд ли способна превратить планету в выжженный мир. Поэтому зона умеренных температур, то есть пространство, где вода могла бы сохраняться в жидкой форме на землеподобной планете, там находится не в районе 1 а.е., а между 0,09 а.е. и 0,23 а.е., что соответствует круговым орбитам продолжительностью 18–72 суток. Это означает, что планеты Глизе 581 d и Глизе 581 g находятся внутри зоны умеренных температур, тогда как Глизе 581 c не хватает совсем чуть-чуть до внутренней границы диапазона. Похожи ли эти миры на Землю настолько, чтобы их поверхность омывалась водами океана?