Книга Воображаемая жизнь - Майкл Саммерс

Мы подозреваем, что многие из наших коллег были удивлены не меньше, чем мы сами, когда система TRAPPIST-1 вызвала массовую волну общественного внимания. Иллюстрации планет от НАСА появились на первых страницах газет по всему миру, а исследования экзопланет удостоились короткого всплеска общественного внимания. (Разве Энди Уорхол не говорил, что в будущем каждый из нас побудет знаменитым свои 15 минут?)

Но пока внимание общественности переключалось на сексуальные скандалы и спортивные события, медленный процесс накопления фактов о планетах системы TRAPPIST-1 продолжался. Вопреки изначально возникшей шумихе, эта система совсем не похожа на нашу Солнечную систему. Несмотря на то, что все семь планет размером примерно с Землю, и три из них находятся в ЗООЗ, ни одна из них, скорее всего, не является миром Златовласки (см. главу 9), которые являются объектом столь пристального внимания во время поиска экзопланет.

Давайте начнём с самой звезды. TRAPPIST-1 технически известна как 2MASS J23062928–0502285 (цифры указывают на её местоположение в небе). Это, как мы упоминали выше, карликовая звезда, размером 11 процентов от размера Солнца и едва ли крупнее Юпитера, хотя её масса примерно в 84 раза превышает массу Юпитера. Она также холоднее и краснее нашего Солнца. Её малый размер означает несколько важных последствий для планет, вращающихся вокруг звезды. Во-первых, это означает, что сила притяжения, действующая на планеты, невелика, поэтому их орбиты находятся очень близко к звезде. Фактически, все семь планет находятся ближе к TRAPPIST-1, чем Меркурий к Солнцу. Таким образом, «год», связанный с каждой из орбит, довольно короток — он варьирует от 1,5 до чуть более 18 земных дней, в зависимости от планеты.

Продолжительность года экзопланеты оказывает значительное влияние на нашу возможность изучать планету. Причина проста: количество времени, в течение которого мы можем сосредоточиться на конкретной звезде для поиска прохождений планет, ограничено сроком службы платформы наблюдения. Например, космический телескоп «Кеплер», упомянутый в главе 11, собирал данные около 10 лет. Лучший способ установить существование экзопланеты — увидеть несколько точно рассчитанных прохождений. В системе TRAPPIST-1 это можно сделать всего лишь за несколько месяцев. Наблюдателю с экзопланеты, следящему за нашей Солнечной системой, напротив, пришлось бы ждать несколько лет, чтобы увидеть несколько прохождений Земли, и несколько десятилетий для нескольких прохождений Юпитера.

TRAPPIST-1 — это более распространенный тип звёзд по сравнению с нашим Солнцем: астрономы подсчитали, что до половины звёзд в Млечном Пути являются карликами. Одно из свойств карликовых звёзд, которое может оказаться важным при поиске жизни, заключается в том, что они обладают продолжительным временем существования. Например, TRAPPIST-1 существует уже около 8 миллиардов лет, тогда как наше Солнце — всего лишь 4,5 миллиарда. Кроме того, по оценкам, продолжительность существования TRAPPIST-1 составляет более 12 триллионов лет, поэтому он будет светить ещё долгое время после того, как наше Солнце погаснет. На самом деле звезда настолько холодна — температура её поверхности примерно вдвое ниже температуры Солнца, — что излучает много инфракрасного излучения. Следовательно, некоторые важные данные о прохождениях её планет были получены с помощью космического телескопа «Спитцер» — орбитального инфракрасного телескопа.

Систематика продолжительности жизни звёзд несколько противоречит здравому смыслу, поэтому, вероятно, стоит потратить немного времени и рассмотреть это более подробно. Каждая звезда начинает свою жизнь с определённым количеством водорода. В ходе реакций термоядерного синтеза он превращается в гелий. Энергия, возникающая в результате этих реакций, создаёт давление, которое удерживает звезду от схлопывания внутрь самой себя из-за безжалостной силы её собственной гравитации, направленной внутрь неё. Солнце, например, каждую секунду «сжигает» 600 миллионов тонн (544 миллиона метрических тонн) водорода, чтобы не схлопнуться, и энергия, выделяемая при этом «горении», заставляет его сиять.

Нашей первой мыслью может быть то, что более крупная звезда, в которой сжигается больше водорода, должна просуществовать дольше, чем более мелкая. Однако оказывается, что более крупные звёзды также обладают большей силой притяжения, направленной внутрь, и потому, чтобы противостоять ей, они быстрее сжигают своё водородное топливо. В результате очень большие звёзды сгорают быстро — их продолжительность жизни может измеряться лишь десятками миллионов лет, — тогда как более мелкие, более скромные звёзды вроде TRAPPIST-1 могут светить во много раз дольше, чем возраст Вселенной на настоящий момент.

В качестве идентификаторов планетам системы TRAPPIST-1 были присвоены буквы. В соответствии со стандартным правилом, они обозначены буквами от b до h в порядке их обнаружения — это порядок, который в данном конкретном случае также отражает их расстояние до звезды (обозначенной в соответствии с данным правилом как a). Таким образом, TRAPPIST-1b является самой близкой планетой к TRAPPIST-1, а TRAPPIST-1h — самой дальней. Из этих планет пять (b, c, e, f и g) размером с Землю, а две (d и h) несколько крупнее Земли. Три планеты (e, f и g) находятся в ЗООЗ, и это означает, что на их поверхности могут находиться океаны. Самые последние измерения показывают, что планеты c и e полностью каменистые, тогда как b, d, f и g покрыты слоем какого-то летучего материала — водой, льдом или плотной атмосферой.

Поскольку все эти планеты находятся так близко к своей звезде, мы думаем, что некоторые из них должны находиться в приливном захвате, обратив к ней одну и ту же сторону. Таким образом, они, вероятно, похожи на планету, которую в главе 10 мы назвали Гало, и многие из комментариев относительно жизни, которые мы сделали там, применимы и здесь.

Кроме того, планеты оказывают гравитационное воздействие друг на друга, что влияет на форму их орбит: каждая из них последовательно приближается к звезде и удаляется от неё во время витка вокруг неё. Таким образом, мы ожидаем встретить вид энергии, высвобождающейся благодаря трению при деформации недр планеты, благодаря которому на спутнике Юпитера Европе появился подлёдный океан (см. главу 7). Фактически, вполне вероятно, что все планеты TRAPPIST-1 испытывают приливный разогрев, и оценки количества теплоты, выделяющейся благодаря этому эффекту, указывают на то, что на самых отдалённых из них могут существовать подлёдные океаны. Также в одном случае (TRAPPIST-1c) расчёты показывают, что этот эффект может генерировать достаточно теплоты для работы обширной системы вулканов.

Из-за небольшого размера системы звезды TRAPPIST-1 её планеты, скорее всего, видны с поверхности друг друга. В некоторых ситуациях в небе будет одновременно находиться сразу несколько планет, а в других планета, наблюдаемая с одного из её соседей, может иметь видимый размер в несколько раз больше, чем полная Луна на Земле. В первые дни общественных восторгов по поводу системы НАСА подчеркнуло этот факт, выпустив причудливые плакаты о «путешествии» по экзопланетам, на одном из которых изображено небо, полное планет, как будто наблюдаемое с воображаемого курорта на TRAPPIST-1 (он воспроизведён на обложке этой книги).