Новий сенс для людства. Що нам робити з вже знайденими 1260 "землями" (ІНФОГРАФІКА)

Дуже часто можна почути захоплені оцінки: мовляв, те чи інше відкриття означає "початок нової ери". Але якщо говорити про космічної історії людства, то в ній дійсно зовсім скоро може початися нова ера. За планами Національної аерокосмічної адміністрації (NASA) США, відбудеться це зовсім скоро - 16 квітня.

Героєм цього дня буде, неважко вгадати, компанія SpaceX Ілона Маска. Все просто: саме у неї є сама суперова на даний момент ракета Falcon-9. Оскільки NASA потрібно вивести на високу навколоземну орбіту дуже цінний і унікальний вантаж - космічний телескоп TESS, то немає нічого дивного в тому, що це замовлення дістався SpaceX.

Телескоп TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) буде займатися пошуком екзопланет за допомогою транзитного методу спостереження за зірками. Екзопланети - це планети за межами нашої Сонячної системи, які обертаються навколо інших зірок. У найближчому майбутньому люди навряд чи туди полетять, адже земляни ще і Сонячну систему зовсім не освоїли, далі Місяця нога людини поки не ступала. Тим не менш запуск TESS буде означати, що пошук екзопланет вже поставлено на промислову основу. І перетворився з суто наукового напряму в самостійну галузь економіки, здатну приносити прибуток своїм учасникам.

Насправді та ж SpaceX запрацює на запуск TESS чималі гроші. Заявлена на сайті компанії ціна виведення комерційного супутника ракетою-носієм Falcon-9 становить $62 млн. Для військових і урядових замовників, висувають додаткові вимоги, ціна виведення космічного апарату на орбіту ракетою Falcon-9 зазвичай вище. NASA інформувала, що витратить на запуск TESS $87 млн.

Вартість самого телескопа TESS за контрактом з компанією Orbital Sciences склала $75 млн. А в цілому вартість проекту оцінюється в $378 млн.

Але головне - запуск TESS покладе початок цілої серії космічних і наземних проектів, спрямованих не тільки на пошук екзопланет і їх дослідження, а й на виявлення можливих сигналів від них, відправлення власних сигналів туди, розробку автоматичних космічних місій і т. д. Тут можна згадати, що на програму Apollo в 1969-1972 рр. американці витратили $25,4 млрд. (у цінах 2017 р. це $109,4 млрд) - заради того лише, щоб дюжина астронавтів залишили відбитки своїх ніг на завідомо неживої поверхні Місяця. А тепер уявімо, який вплив на людство зробить відкриття потенційно жилих планет, майже точних копій нашої Землі, біля зірок в найближчій околиці нашого Сонця. І який це буде стимул для винаходу технологій, здатних зробити можливим у майбутньому неможливе зараз - полетіти туди.

Як у астрономів розігрався апетит

Технології пошуку планет біля інших зірок стрімко розвиваються і стають все тонше в буквальному сенсі цього слова. Спочатку вони були дуже грубими, тобто дозволяли виявити тільки жахливо величезні планети масою більше Юпітера. Вперше внесолнечная планета була знайдена у зірки Гамма Цефея A канадськими астрономами в 1988 р. її маса зараз оцінюється в 1,85 маси Юпітера.

У 2005 р. біля червоного карлика Глізе 876 в сузір'ї Водолія вдалося знайти першу планету, за своїми характеристиками нагадує Землю. По масі вона раз у сім більше Землі, обертається на дуже малій відстані від своєї зірки - робить повний оборот навколо неї всього лише за дві земних діб. А не згорає вона в такій близькості від своєї зірки тому, що ця зірка світить дуже слабо (у 80 разів тьмяніше Сонця), так що температура на планеті становить "лише" 340°C.

До кінця 2008 р. було відкрито вже близько 340 екзопланет, але лише дюжина з них мали масу від трьох до дев'яти мас Землі, а інші були набагато більші (в десятки, сотні, тисячі разів масивніше Землі). Для пошуку більш дрібних планет, схожих на Землю, необхідні були більш тонкі спостереження, які краще всього вести з космосу, де не вносить спотворень земна атмосфера. Астрономи зуміли заразити своїм азартом NASA, і 7 березня 2009 р. на орбіту навколо Сонця був запущений космічний телескоп "Кеплер", оснащений надчутливим фотометром, спеціально призначений для пошуку екзопланет.

До теперішнього часу, за даними спеціалізованого сайту exoplanet.eu, відкрито вже 3755 екзопланет і 2423 кандидатки, чий планетний статус поки що чекає підтвердження. За даними NASA, більшість з них - 2342 екзопланети і 2245 кандидаток - виявлені за допомогою телескопа "Кеплер".

Майже у всіх екзопланет і кандидаток відомі маса і радіус або хоча б одна з цих характеристик. Нас, звичайно, більше всього цікавлять планети, схожі за величиною на нашу Землю. На даний момент за межами Сонячної системи виявлені 1260 "земель", що відрізняються від Землі за масою або об'ємом не більше ніж утричі, а також 117 більш дрібних "марсів". Крім того, знайдені 2543 "міні-нептуна", які перевершують "суперземли", але дрібніше Нептуна, 872 "сатурна", які мають проміжні маси та об'єми між Нептуном і Юпітером, та 1311 "суперюпитеров", які величезнішої Юпітера (багато з них можуть виявитися "коричневими карликами" - так називають об'єкти, проміжні між планетами і зірками).

Серед нововідкритих планет є вельми обнадійливі в плані можливості існування там життя. Наприклад, 5 грудня 2011 р. у зірки Kepler-22 в сузір'ї Лебідь, відкритою, як видно з її назви, телескопом "Кеплер" і дуже схожа на наше Сонце, була виявлена за допомогою того ж телескопа планета діаметром лише вдвічі крупніше Землі, має середню температуру поверхні 22°C - трохи більше, ніж у нас (середня температура на поверхні Землі становить 15°C).

Можна було б розповісти і про ряд інших дивовижних відкриттів, але проблема в тому, що досі всі пошуки екзопланет були точковими, тобто велися на локальних ділянках неба. Той же телескоп "Кеплер" перші чотири роки своєї роботи вивчав на небі крихітну область площею 105 квадратних градусів, що становить лише 0,25% площі всієї небесної сфери. Потім "Кеплер" взагалі вийшов з ладу: сталася поломка одного з двигунів-маховиків, що відповідають за орієнтацію апарата в просторі. Через рік працездатність телескопа вдалося відновити.

Інженери NASA прийшли до дуже цікавого вирішення і замість вийшов з ладу двигуна орієнтації стали використовувати в якості стабілізуючого фактора тиск сонячного випромінювання. Так почалося нове життя "Кеплера", що отримала назву "місія K2". З тих пір апарату доводилося кожні 2,5 місяці міняти свій напрямок і по черзі досліджувати різні (але теж крихітні) ділянки небосхилу.

14 березня 2018 р. NASA оголосила, що "Кеплер" скоро закінчить свою роботу - у нього закінчується паливо. "Наші нинішні розрахунки показують, що запасів палива у "Кеплера" залишилося всього на кілька місяців, - повідомив системний інженер космічної місії "Кеплер" Чарлі Собек. - Ми розуміємо і готові до того, що незабаром телескоп завершить свою наукову діяльність, але до того моменту, як його паливо повністю вичерпається, ми будемо продовжувати роботу з ним". Зараз "Кеплер" знаходиться приблизно в 150 млн км від Землі, тому навіть при бажанні NASA не може відправити до нього космічний апарат для дозаправки. За час, що залишився команда Собека постарається забезпечити, щоб всі дані, які "Кеплер" зібрав і ще встигне зібрати, були відправлені на Землю.

Загальна вартість місії "Кеплер", включаючи витрати на створення самого телескопа, вартість його запуску і щорічні витрати за цим проектом, вже перевищила $700 млн. Між тим зібрані "Кеплером" дані жодною мірою не можуть претендувати на повноту. Вони тільки підігріли апетит астрономів, які за допомогою космічного телескопа переконалися в тому, що у зірок у різних ділянках неба можна знайти екзопланети. І що на деяких з цих планет можуть бути умови, придатні для життя.

Космічна революція - за графіком

Після запуску телескопа TESS все зміниться. Астрономи вже не будуть почувати себе так, немов вони побираются крихтами з величезного столу, заставленого стравами. Тепер можна буде з'їсти все, до чого дотягнуться руки, чи то пак зір телескопа.

"Кеплер" вдивлявся в крихітні ділянки неба, але на досить велику глибину - до 3000 світлових років. Для науки це, звичайно, цікаво, однак на практиці ніяких конгресменів не переконаєш у тому, що коли-небудь землянам знадобляться космічні адреси планет, до яких навіть світла потрібно летіти тисячі або сотні років. TESS в цьому плані набагато приземленіше. Його основна мета полягає в знаходженні кам'янистих екзопланет, що потрапляють в населену зону і віддалених від нас не більше ніж на 200 світлових років. При цьому, на відміну від "Кеплера", TESS обстежує всю небесну сферу.

Місія TESS розрахована на два роки. А значить, якщо все піде за планом, то вже в 2020 р. астрономи будуть знати космічні адреси всіх планетних систем в околиці нашої Сонячної системи. За інформацією NASA, телескопу належить перевірити на наявність планет найближчі до Сонця 500 тис. зірок спектральних класів G (як наше Сонце), K і M (більш дрібних і холодних) яскравіше 12 зоряної величини. Очікується, що TESS знайде близько 3000 екзопланет, з яких близько 500 будуть за розміром схожі на Землю.

Космічні місії для обстеження екзопланет готує не тільки NASA. Європейське космічне агентство (ESA) до кінця 2018 р. планує запустити космічний телескоп CHEOPS (CHaracterising ExOPlanet Satellite). Він буде вести ретельні високоточні спостереження за яскравими зірками з цільового списку. Завданням місії буде не стільки пошук нових планет, скільки детальне вивчення вже знайдених. Цілі для дослідження будуть вибиратися з даних, зібраних наземними проектами з пошуку екзопланет, такими як WASP і HATNet.

Можна сподіватися, що в результаті цих місій ми отримаємо більш-менш повний каталог планет, схожих на Землю, в околицях Сонячної системи і зможемо вирахувати, які із них розташовані в зоні життя, тобто не занадто далеко від свого сонця, але і не надто близько. Втім, це ще не дасть підстав стверджувати, що там може існувати життя, - для цього потрібно знати, яка там атмосфера.

Цю задачу NASA і ESA збираються покласти на космічний телескоп імені Джеймса Вебба (JWST), що володіє складовим дзеркалом діаметром 6,5 м. Вартість телескопа оцінюється в $10 млрд - це на третину більше суми, в яку обійшлося будівництво Великого адронного коллайдера. Телескоп буде запущений в березні-червні 2019 р. європейської ракети Ariane-5 з космодрому у Французькій Гвіані.

Завдяки своїм безпрецедентним здібностям виявлення JWST стане передовою космічної обсерваторією на найближче десятиліття. Сонцезахисний екран дозволить охолодити інструменти телескопа до наднизьких температур. Завдяки цьому надчутливі прилади зможуть виявляти ледь помітні зміни в яскравості і спектрі світла зірки, коли вона затінюється планетою. За цим змінам можна буде не тільки виявити саму планету, але і визначити щільність і склад її атмосфери, а також виявити, чи є планети у великі супутники типу нашої Місяця.

З допомогою JWST будуть перевірені найближчі до нас екзопланети з каталогу, складеного в результаті роботи телескопів TESS і CHEOPS. Однак земляни ще не зможуть побачити, як виглядають ці планети. Таку можливість нададуть вже наступні проекти, які стануть продовженням місії JWST.

У січні 2016 р. чотири команди американських учених і інженерів почали опрацювання чотирьох різних проектів великих космічних обсерваторій. Один з цих проектів - телескоп ATLAST (Advanced Technology Large-Aperture Space Telescope), який буде здатний виявляти "біомаркери" (наприклад, молекулярний кисень, озон, воду і метан в атмосфері землеподібних екзопланет, а також дати інформацію про їх швидкості обертання, клімат, особливості поверхні, зміни в хмарному покриві і, можливо, сезонних коливаннях рослинності. Ще один проект, названий HabEx (Habitable Exoplanet Imaging Mission), пропонує космічний телескоп оптичного та ближнього інфрачервоного діапазонів з головним дзеркалом від 4 до 8 м, призначений для отримання прямих зображень екзопланет.

У березні 2019 р. звіти чотирьох команд повинні вступити в Національну академію наук США, яка обере один проект і рекомендує його НАСА в якості флагманської місії на наступне десятиліття. Так як створення великої космічної обсерваторії займає більше 10 років, то запуск її в космос слід очікувати в 2030-х.

Хто зможе заробити на экзопланетах

Зрозуміло, будь-які масштабні наукові та космічні проекти дають поштовх розвитку технологій, які потім знаходять застосування у різних галузях економіки. А також, додамо, в оборонній сфері - причому там, можливо, в першу чергу.

Однак пошук екзопланет здатний чинити на економіку і більш прямий вплив. Як мінімум - це напрям досліджень може стати рушійною силою для космічної галузі, задаючи їй мету, до якої потрібно прагнути. А як максимум - ця мета може дати новий сенс існуванню всього людства.

Те, що приватний бізнес вже прийшов в космічну галузь, - загальновідомий факт. Але той же Ілон Маск шукає для своєї SpaceX завдання поамбициознее, ніж пересічні запуски супутників на орбіту. Тому і піарить ідею заселення Марса.

Ось тільки Марс - планета, практично непридатна для життя. І тому ідея заселення Марса навряд чи зможе стати для людства мрією і сенсом. В цьому плані ідея заселення схожої на Землю планети в який-небудь прилеглої зірки більш перспективна.

Перевага Марса порівняно з екзопланетами - не стільки в тому, що він набагато ближче, скільки в тому, що ми про нього набагато більше знаємо. Але всього лише 60 років тому (до початку освоєння космосу) ми знали про Марсі чи більше, ніж знаємо про экзопланетах зараз. Пройде 20-30 років - і ми будемо мати перед очима пейзажі десятків планет з інших зоряних світів. Не виключено, що деякі з цих планет здадуться нам раєм. І в будь-якому випадку нам захочеться подивитися на них зблизька, побачити, чи є там життя, і якщо так, то порівняти, наскільки тамтешні істоти відрізняються від земних. Власне, це питання такого масштабу, що відповіді на них можуть стати переломними для історії людства, світових релігій, філософії і, звичайно, науки.

Зрозуміло, що ніхто не буде одразу (або навіть в найближчу сотню років) будувати кораблі для пілотованих або хоча б автоматичних експедицій. Завданням номер один буде розвідка. І відповідні проекти вже з'являються. Прикладів можна навести багато, обмежимося одним - досить реалістичним.

У серпні минулого року Інститут міжзоряних досліджень Лондона повідомив про вже розробленою схемою крихітного космічного корабля, здатного здійснити подорож до найближчої сусідки Сонця і обладнаного інструментами, придатними для того, щоб провести найпростіші спостереження за зоряною системою і відіслати результати на Землю. Розробники назвали свій зонд "Андромедою" і стверджують, що він може відправитися до Проксиме Центавра вже через кілька років.

Основна конструкція зонду проста: він складається з чорно-білої камери на 12 мегапікселів, лінзи, декількох сенсорів і магнітометра. Є також ядерна батарея, найпростіше рульове управління і комунікативна система. Загальна маса корабля - 23 р. Зонд повинен бути оснащений світловим вітрилом і розганятися лазерним променем. Випромінювач потужністю 15 ГВт буде знаходитися на орбіті Землі.

Чим більше буде інформації про найближчих экзопланетах, тим більше буде з'являтися подібних проектів. Напевно деякі з них будуть випробувані на планетах нашої Сонячної системи. Юпітер, Сатурн, Уран зі своїми супутниками і кільцями - це прекрасні моделі зоряних світів. Більше того, якраз супутників газових гігантів - це, швидше за все, єдине місце в Сонячній системі, де може бути життя (крім Землі).

Виробництво космічних микрозондов і створення необхідної для них космічної інфраструктури (тих же лазерів на орбіті) можуть швидко вирости в дуже великий бізнес. І в цій сфері неодмінно буде технологічна гонка, в якій знайдуть застосування новітні досягнення айтішників і роботехников, в т. ч. микроботы і микродроны. До речі, будівництво баз на экзопланетах теж буде завданням не людей, а микроботов. Дійдемо ми до тієї стадії мініатюризації, коли микроботы перетворяться в мікробів і покладуть початок нової біосистемах - це теж одне з питань, відповідь на який може бути прискорений відкриттям екзопланет.

Де можуть бути найближчі брати по розуму

Найближча до Сонця зірка - Проксима Центавра, що входить в потрійну зоряну систему Альфа Центавра. Proxima латинською якраз і означає: найближча. Розташована вона приблизно в 4,24 світлового року від нас, що в 268 тис. разів більше відстані від Землі до Сонця.

Цей червоний карлик був відкритий у 1915 р. Він світить дуже тьмяно, щоб його можна було побачити неозброєним оком. Тим дивніше, що через сотню років у цій непоказній зірки була виявлена землеподобная планета, та ще й в так званій зоні життя. Про це 24 серпня 2016 р. оголосила Європейська південна обсерваторія. Планета одержала назву Proxima b. Вчені прийшли до висновку, що вона може мати відповідну для дихання атмосферу і навіть, можливо, має ділянки, покриті водою.

Однак радість тривала недовго. 26 лютого 2018 р. американські астрономи повідомили, що 24 березня 2017 р. у випромінюванні, що прийшов від Проксими, спостерігався сплеск, який свідчить про те, що на зірці відбулася колосальна спалах. І якщо на планеті Proxima b існувала якась форма життя, то ця спалах її випалила. "Сила останнього спалаху виявилася настільки велика, що вона без проблем испарила б будь-яку атмосферу або океан, фактично стерилизовав поверхню планети", - заявили вчені.

Втім, тим часом була знайдена нова кандидатка на звання найближчій населеної планети. 15 листопада 2017 р. Європейська південна обсерваторія презентувала землеподобную планету Ross 128 b, обертається навколо зірки Росс 128 в сузір'ї Діви. Ця зірка - теж червоний карлик, але, на відміну від Проксими, дуже спокійний. Зараз Росс 128 знаходиться на відстані близько 11 світлових років від Сонця, а через 79 тис. років стане нашим найближчим сусідом. Орбіта планети Ross 128 b розташована в зоні життя, проте ще невідомо, чи є на планеті атмосфера.