Куда полетят первые межзвездные корабли

Таинственный карлик

Международная команда ученых представила неопровержимые доказательства существования планеты Proxima b, вращающейся вокруг ближайшей к Солнцу звезды —Проксимы Центавры. В статье, опубликованной в новом номере журнала Nature, астрономы говорят, что это одно из самых значимых космических открытий последних лет, поскольку Proxima b находится совсем близко к Земле и по многим параметрам на нее похожа, то есть потенциально обитаема. В пользу жизни на планете свидетельствует и тот факт, что на ее поверхности наверняка есть жидкая вода.

Proxima b относится к тому же классу, что и Земля, более того, находится у самой ближайшей к нам звезды. Удивительно, но всего 25 лет назад никто не знал, что вне Солнечной системы есть планеты. А последнее открытие как раз говорит о том, что планеты рядом с другими звездами — достаточно распространенное явление во Вселенной. Проксима Центавра расположена на расстоянии 4,2 световых лет от Земли, что по космическим параметрам совсем близко. Proxima b, которую относят к категории красных карликов, открыли в результате многолетних исследований, которые астрономы проводили в Южно-Европейской обсерватории с 2000 по 2014 гг. Для этого использовали мощнейшие телескопы — HARPS (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher) и UVES (Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph). В 2000 г. астрономы заметили объект со смещающимся спектром и предположили, что это может быть экзопланета с периодом обращения 11,2 суток (именно столько длится год на планете).

Дальнейшие наблюдения подтвердили информацию. Доказать существование Proxima b удалось с помощью эффекта Доплера, позволяющего с высокой точностью наблюдать лучевую скорость небесного объекта и по ее изменениям определять длину волн световых колебаний.

Уже известно, что вокруг материнской звезды — Проксимы Центавры — Proxima b вращается по почти круговой орбите на расстоянии 7,5 млн км. Планета примерно в 1,3 раза тяжелее Земли, а средняя температура ее поверхности близка к нулю градусов —это всего на 10 градусов ниже, чем у Земли, и на несколько десятков градусов выше, чем у Марса.

Жизнь возможна

Чтобы определить степень ее пригодности для жизни, ученые провели масштабный анализ Proxima b. В частности, смоделировали процессы, определяющие возможное количество воды на планете и вычислили примерную скорость потери атмосферы из-за звездного ветра. Предполагается, что в процессе эволюции Proxima b лишилась гидросферы и атмосферы. Однако если воды и других соединений было достаточно много, то атмосфера могла выдержать натиск высокоэнергетического излучения.

Хотя новая планета гораздо меньше Земли, она по большинству параметров похожа на нашу, а температура на ее поверхности идеально подходит для жизни и наличия воды. И это несмотря на то, что, как установили астрономы, Proxima b расположена в приливном захвате, то есть повернута к Солнцу лишь одной стороной. Это значит, что на одной половине планеты всегда свет и тепло, а на другой — тьма и холод. Раньше ученые считали, что в таких условиях жизнь невозможна, но  новейшее компьютерное моделирование показало: светлой части достаточно для обеспечения теплом также темной стороны и планета в целом может быть обитаемой.

Кстати, больше всего потенциально "живых" экзопланет обнаружено именно среди звезд категории красных карликов, самых многочисленных во Вселенной. Их широкая распространенность в галактике и долговечность являются весомыми аргументами в пользу возникновения и поддержания жизни. Это выгодно отличает красных карликов от коричневых: хотя последних тоже очень много, выделяемое ими тепло незначительно и быстро рассеивается.

Количество жидкой воды, принципиально важной для существования жизни, определяли с помощью 3D-моделирования. Астрономы говорят, что при приливном захвате и водной поверхности, предположительно составляющей на Proxima b 0,6 площади Мирового океана Земли, на планете всегда должна быть жидкая вода. Гипотетически она есть и на ночной стороне, образуя либо ледники, либо озера в зависимости от количества парниковых газов.

Американские ученые из Корнелльского университета даже вычислили, кто может обитать на землеподобной планете. По словам возглавившего работу Джека Т. О'Малли-Джеймса, населять Proxima b могут флуоресцирующие организмы. На Земле такие существа тоже есть, причем обитают они преимущественно в воде, как, например, коралловые полипы. Главной особенностью организмов являются специальные белки, позволяющие им светиться под действием ультрафиолетового излучения. Флуоресценция обеспечивает, как полагают ученые, фотопротекцию — защиту от избыточного светового излучения. О'Малли-Джеймс говорит, что одним из способов обнаружения признаков жизни на Proxima b может стать именно наблюдение сигналов флуоресценции.

Корабли уже на старте

Поскольку Proxima b находится на расстоянии чуть больше четырех световых лет от Солнечной системы, и это самая близкая из всех открытых до сих пор потенциально обитаемых планет, на нее через несколько лет можно отправить первый межзвездный корабль. Такие проекты уже в разработке. Так, астрофизик Филип Любин из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре еще до открытия Proxima b предложил отправить автоматическую станцию к Альфа Центавре, которая находится на расстоянии 4,37 световых лет от Земли. Возглавляемый ученым проект DEEP-IN (Directed Energy Propulsion for Interstellar Exploration), в рамках которого реализуют идею, в 2015 г. поддержал Институт передовых исследований NASA. После того как открыли Proxima b, Любин решил изменить планы и направить первую межзвездную экспедицию именно туда.

DEEP-IN предполагает сборку на околоземной орбите огромной лазерной системы, которую используют для разгона миниатюрных космических зондов до скоростей, сравнимых со скоростью света: в вакууме это примерно 300 тыс. км в секунду. Технология работает по принципу солнечных парусов, которые используют в качестве альтернативы перевозимому вместе с полезной нагрузкой топливу. Ученые высчитали, что космический зонд на солнечных парусах за счет небольшого давления солнечного света способен развить достаточно высокую скорость, но лазерные паруса будут куда эффективнее.

Движение им обеспечит не Солнце, а гораздо более мощный источник — массив лазеров на Земле или на орбите планеты. За счет точной фокусировки и синхронизации работы системы лазерные паруса могут получить в 100 тыс. раз больше энергии, чем от Солнца, и позволят космическому аппарату развить огромные скорости. Предполагается, что NASA приступит к работе над миссией уже в 2017 г. Стартовать станция должна в 2069 г. — к 100-летию высадки астронавтов на Луну.

Аналогичную идею пытаются реализовать российский бизнесмен Юрий Мильнер и британский физик-теоретик Стивен Хокинг при поддержке создателя Facebook Марка Цукерберга. Проект получил название Breakthrough Starshot и предполагает использовать несколько тысяч миниатюрных наноспутников, разгоняемых лазерными парусами StarChip.  Проект получил первоначальное финансирование в размере $100 млн, а общая его стоимость составляет $10 млрд.  В августе участвующие в  Breakthrough Starshot ученые провели первое научное заседание, на котором обсудили перспективы разработки системы. Нанозонды весом в 1 г отправят к системе Проксима  уже в 2030-х годах. Достичь цели аппараты должны через 20 лет. Первые снимки ближайшей экзопланетной системы на Земле увидят в 2055 г.

Телескопы в помощь

Хотя о Proxima b уже известно немало, планета остается мало изученной. Провести ее детальное исследование планируется, в частности, при помощи готовящихся к запуску в ближайшие два года космических обсерваторий TESS (SatelliteTransiting Exoplanet Survey Satellite) и JWST (James Webb Space Telescope). И, конечно, ближайшую потенциально обитаемую соседку Земли будут исследовать телескопы нового поколения. В частности, для оценки атмосферы планеты понадобятся обсерватории вроде E-ELT — Европейского чрезвычайно большого телескопа.

Строительство системы началось в прошлом году в Чили, и она должна заработать примерно в 2022 г. Возможно, какие-то сведения о химическом составе экзопланеты даст телескоп James Webb, который начнет наблюдения в 2018 г. Астрономы также не исключают, что этот телескоп поможет обнаружить у Проксимы Центавры еще одну или даже несколько планет. На это указывают дополнительные пики в анализе периодичности доплеровского сигнала. Так что вполне возможно, что найти обитаемые космические зоны получится гораздо раньше, чем предполагалось.