Куди полетять перші міжзоряні кораблі

Таємничий карлик

Міжнародна команда вчених представила неспростовні докази існування планети Proxima b, обертається навколо найближчої до Сонця зірки —Проксими Центавры. У статті, опублікованій у новому номері журналу Nature, астрономи кажуть, що це одне з найбільш значущих космічних відкриттів останніх років, оскільки Proxima b знаходиться зовсім близько до Землі і по багатьом параметрам на неї схожа, тобто потенційно населена. На користь життя на планеті свідчить і той факт, що на її поверхні напевно є рідка вода.

Proxima b відноситься до того ж класу, що і Земля, більш того, знаходиться біля найближчої до нас зірки. Дивно, але всього 25 років тому ніхто не знав, що за межами Сонячної системи є планети. А останнє відкриття як раз говорить про те, що планети поряд з іншими зірками — досить поширене явище у Всесвіті. Проксима Центавра знаходиться на відстані 4,2 світлових років від Землі, що за космічними параметрами зовсім близько. Proxima b, яку відносять до категорії червоних карликів, що відкрили в результаті багаторічних досліджень, які астрономи проводили в Південно-Європейської обсерваторії з 2000 по 2014 рр. Для цього використовували найпотужніші телескопи — HARPS (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher) і UVES (Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph). У 2000 р. астрономи помітили об'єкт зі смещающимся спектром і припустили, що це може бути екзопланета з періодом обігу 11,2 доби (саме стільки триває рік на планеті).

Подальші спостереження підтвердили інформацію. Довести існування Proxima b вдалося з допомогою ефекту Доплера, який дозволяє з високою точністю спостерігати променеву швидкість небесного об'єкта та за її змін визначати довжину хвиль світлових коливань.

Вже відомо, що навколо материнської зірки — Проксими Центавры — Proxima b обертається по майже круговій орбіті на відстані 7,5 млн км. Планета приблизно в 1,3 рази важче Землі, а середня температура її поверхні близька до нуля градусів —це всього на 10 градусів нижче, ніж у Землі, і на кілька десятків градусів вище, ніж у Марса.

Життя можлива

Щоб визначити ступінь її придатності для життя, вчені провели масштабний аналіз Proxima b. Зокрема, змоделювали процеси, що визначають можливу кількість води на планеті і вирахували приблизну швидкість втрати атмосфери через зоряного вітру. Передбачається, що в процесі еволюції Proxima b позбулася гідросфери і атмосфери. Однак якщо води та інших сполук було досить багато, то атмосфера могла витримати натиск високоенергетичного випромінювання.

Хоча нова планета набагато менше Землі, вона за більшістю параметрів схожа на нашу, а температура на її поверхні ідеально підходить для життя і наявності води. І це незважаючи на те, що, як встановили астрономи, Proxima b розташована в приливному захоплення, тобто повернена до Сонця лише одним боком. Це означає, що на одній половині планети завжди світло і тепло, а на іншій — темрява і холод. Раніше вчені вважали, що в таких умовах життя неможлива, але новітнє комп'ютерне моделювання показало: світлої частини достатньо для забезпечення теплом також темної сторони і планета в цілому може бути живою.

До речі, найбільше потенційно "живих" екзопланет виявлено саме серед зірок категорії червоних карликів, найбільш численних у Всесвіті. Їх широка поширеність в галактиці і довговічність є вагомими аргументами на користь виникнення і підтримки життя. Це вигідно відрізняє червоних карликів від коричневих: хоча останні теж дуже багато, що виділяється ними тепло незначно і швидко розсіюється.

Кількість рідкої води, принципово важливою для існування життя, визначали за допомогою 3D-моделювання. Астрономи говорять, що при приливному захоплення і водної поверхні, імовірно складової на Proxima b 0,6 площі Світового океану Землі, на планеті завжди повинна бути рідка вода. Гіпотетично вона є і на нічній стороні, утворюючи або льодовики, або озера в залежності від кількості парникових газів.

Американські вчені з Корнельського університету навіть вирахували, хто може жити на землеподібні планети. За словами очолив роботу Джека Т. о'меллі-Джеймса, населяти Proxima b можуть флуоресціюючі організми. На Землі такі істоти теж є, причому живуть вони переважно у воді, як, наприклад, коралові поліпи. Головною особливістю організмів є спеціальні білки, які дозволяють їм світитися під дією ультрафіолетового випромінювання. Флуоресценція забезпечує, як вважають вчені, фотопротекцию — захист від надлишкового світлового випромінювання. О'меллі-Джеймс говорить, що одним із способів виявлення ознак життя на Proxima b може стати саме спостереження сигналів флуоресценції.

Кораблі уже на старті

Оскільки Proxima b знаходиться на відстані трохи більше чотирьох світлових років від Сонячної системи, і це найближча з усіх відкритих досі потенційно жилих планет, на неї через кілька років можна відправити перший міжзоряний корабель. Такі проекти вже в розробці. Так, астрофізик Філіп Любін з Каліфорнійського університету в Санта-Барбарі ще до відкриття Proxima b запропонував відправити автоматичну станцію до Альфа Центавре, яка знаходиться на відстані 4,37 світлових років від Землі. Очолюваний вченим проект DEEP-IN (Directed Energy Propulsion for Interstellar Exploration), в рамках якого реалізують ідею, в 2015 р. підтримав Інститут передових досліджень NASA. Після того, як відкрили Proxima b, Любін вирішив змінити плани і направити першу міжзоряну експедицію саме туди.

DEEP-IN передбачає складання на навколоземній орбіті величезною лазерної системи, яку використовують для розгону мініатюрних космічних зондів до швидкостей, порівнянних із швидкістю світла: у вакуумі це приблизно 300 тис. км за секунду. Технологія працює за принципом сонячних вітрил, які використовують в якості альтернативи вантажу разом з корисним навантаженням палива. Вчені вирахували, що космічний зонд на сонячних вітрилах за рахунок невеликого тиску сонячного світла здатний розвивати досить високу швидкість, але лазерні вітрила будуть куди ефективніше.

Рух забезпечить їм не Сонце, а набагато більш потужний джерело — масив лазерів на Землі або на орбіті планети. За рахунок точного фокусування і синхронізації роботи системи лазерні вітрила можуть отримати в 100 тис. разів більше енергії, ніж від Сонця, і дозволять космічному апарату розвинути величезні швидкості. Передбачається, що NASA приступить до роботи над місією вже в 2017 р. Стартувати станція повинна 2069 р. — до 100-річчя висадки астронавтів на Місяць.

Аналогічну ідею намагаються реалізувати російський бізнесмен Юрій Мільнер і британський фізик-теоретик Стівен Хокінг за підтримки творця Facebook Марка Цукерберга. Проект отримав назву Breakthrough Starshot і передбачає використовувати кілька тисяч мініатюрних наносупутників, розганяються лазерними вітрилами StarChip. Проект отримав початкове фінансування в розмірі $100 млн, а загальна його вартість становить $10 млрд. В серпні які беруть участь у Breakthrough Starshot вчені провели перше наукове засідання, на якому обговорили перспективи розробки системи. Нанозонды вагою 1 г відправлять до системи Проксима вже в 2030-х роках. Досягти мети апарати повинні через 20 років. Перші знімки найближчій экзопланетной системи на Землі побачать у 2055 р.

Телескопи в допомогу

Хоча про Proxima b вже відомо чимало, планета залишається мало вивченою. Провести її детальне дослідження планується, зокрема, за допомогою готуються до запуску в найближчі два роки космічних обсерваторій TESS (SatelliteTransiting Exoplanet Survey Satellite) і JWST (James Webb Space Telescope). І, звичайно, найближчу потенційно населену сусідку Землі будуть досліджувати телескопи нового покоління. Зокрема, для оцінки атмосфери планети знадобляться обсерваторії начебто E-ELT — Європейського надзвичайно великого телескопа.

Будівництво системи почалося у минулому році в Чилі, і вона повинна запрацювати приблизно в 2022 р. Можливо, якісь відомості про хімічний склад екзопланети дасть телескоп James Webb, який почне спостереження в 2018 р. Астрономи також не виключають, що цей телескоп допоможе виявити у Проксими Центавры ще одну чи навіть кілька планет. На це вказують додаткові піки в аналізі періодичності доплерівського сигналу. Так що цілком можливо, що знайти населені космічні зони вийде набагато раніше, ніж передбачалося.