Якія планеты лічацца землепадобнымі?

Вы стаіце на вечным закаце, пад жудасным чырванавата-аранжавым небам, усыпаным тонкімі аблокамі. На краі велізарнага мора цвёрдая зямля, якая павольна падымаецца з вады, саступаючы месца нізінам, пакрытым расліннасцю. Расліны грэюцца пры тэмпературы да 4℃, але іх лісця не зялёныя — яны чорныя і шырока раскінутыя, каб паглынаць мізэрную энергію, якая разносіцца па ландшафту.

Вы прыйшлі ў гэты рай са свайго пастаяннага дома, фарпоста, размешчанага на цёмным, ледзяным баку планеты. Вы спускаецеся па нізінных пагорках да берага вады. Гледзячы на гарызонт, вы клянецеся, што ў наступным годзе прывядзеце з сабой усю сям'ю, каб яны маглі атрымліваць асалоду ад колеру, цяпла і святла. Потым вы разумееце, што да наступнага года засталося ўсяго 37 дзён, і вы раптам адчуваеце сябе маленькім і нікчэмным, у велізарным, надзвычайным сусвеце.

Гэта можа быць ваша будучая Зямля. Не, сур’ёзна. Гэта было мастацкае адлюстраванне планеты пад назвай Gliese 581g, якая была вялікай навіной у 2010 годзе, але цяпер навукоўцы сумняваюцца ў яе існаванні.

Тым не менш, гэта не перашкодзіла ім шукаць іншыя планеты, падобныя на Зямлю. Дзякуючы ўдасканаленым метадам палявання на планеты і некатораму сур'ёзнаму абсталяванню, астраномы выяўляюць месцазнаходжанне тысяч кандыдатаў за межамі нашай Сонечнай сістэмы. Гэта планеты, якія круцяцца вакол іншых падобных на Сонца зорак — так званых экзапланет — і навукоўцы прыходзяць да выцвярэжваючага, амаль страшнага ўсведамлення: Сусвет можа быць напоўнены мільярдамі планет, некаторыя з якіх напэўна нагадваюць Зямлю. Хаця б павярхоўна. Але што насамрэч значыць для планеты быць падобнай да Зямлі?

Зона Златовласкі: што такое свет, падобны да Зямлі?

Калі ў Сусвеце існуе іншая Зямля, ці не павінна яна выглядаць, ну, як Зямля? Безумоўна, але шанцы знайсці блакітны свет дыяметрам роўна 12756 кіламетраў у папярочніку і нахіленай вакол сваёй восі амаль на 24 градусы выглядаюць такімі ж цяжкімі, як знайсці двайніка Элвіса Прэслі, які добра выглядае ў скуры з бліскаўкамі і можа прарыкнуць мелодыю лепш, чым сам кароль.

Глядзець, вядома, не пашкодзіць, і астраномы менавіта гэтым і займаюцца. Ідэя заключаецца не ў тым, каб знайсці дакладнае супадзенне, але блізкае. Напрыклад, астраномы выявілі некалькі так званых «суперземель» — планет, якія крыху большыя за наш дом. Гэта значна лепшае супадзенне, чым такія вялікія планеты, як Юпітэр або Сатурн.

Фактычна такія гіганты, як Юпітэр і Сатурн, вядомыя як газавыя гіганты, таму што яны ўяўляюць сабой не што іншае, як гіганцкія шары з вадароду, гелія і іншых газаў з невялікай колькасцю цвёрдай паверхні або без яе. Газавыя гіганты з іх бурнай рознакаляровай атмасферай могуць адкрываць уражлівыя віды, але яны ніколі не змогуць зрабіць добрыя раскопкі.

Меншыя планеты, у тым ліку падобныя на Зямлю і суперзямлю, з большай верагоднасцю стануць інкубатарамі жыцця. Астраномы называюць гэтыя дзікі планетамі зямной групы, таму што яны валодаюць ядрамі з цяжкіх металаў, акружанымі камяністай мантыяй. Планеты зямнога тыпу, як правіла, трымаюцца побач з зоркамі-гаспадарамі, што азначае, што яны маюць меншыя арбіты і, такім чынам, значна карацейшыя гады.

Планеты зямнога тыпу таксама часцей за ўсё ляжаць у зоне Златаўласкі. Рэгіён Златовласка, які таксама называюць зонай жыцця, — гэта вобласць космасу, у якой планета знаходзіцца на патрэбнай адлегласці ад роднай зоркі, так што на яе паверхні не бывае ні занадта горача, ні занадта холадна. Зямля, вядома, пападае ў гэты рахунак, у той час як Венера смажыцца ў парніковым эфекце, а Марс існуе як замарожаны, засушлівы свет. Паміж імі ствараюцца ўмовы, каб вадкая вада заставалася на паверхні планеты, не замярзаючы і не выпараючыся ў космас. Зараз ідуць пошукі іншай планеты ў зоне Златовласкі іншай Сонечнай сістэмы.

Метады палявання на экзапланеты

Адной з вялікіх праблем у пошуку экзапланет з'яўляецца іх выяўленне. Большасць з іх проста занадта малыя і занадта далёкія, каб назіраць непасрэдна. Нашы зямныя тэлескопы не могуць разглядзець далёкую планету як кропку, асобную ад яе зоркі. На шчасце, у астраномаў ёсць іншыя сродкі ў іх распараджэнні, і ўсе яны патрабуюць складаных тэлескопаў, узброеных фатометрамі (прыладамі, якія вымяраюць святло), спектрографамі і інфрачырвонымі камерамі.

Першы метад, вядомы як метад ваганняў, шукае змены ў адноснай хуткасці зоркі, выкліканыя гравітацыйным прыцягненнем суседняй планеты. Гэтыя цягі прымушаюць зорку кідацца да Зямлі, а потым адыходзіць, ствараючы перыядычныя змены, якія мы можам выявіць, аналізуючы спектр святла ад зоркі. Па меры ўздыму да Зямлі яго светлавыя хвалі сціскаюцца, скарачаючы даўжыню хвалі і ссоўваючы колер у сіні бок спектру. Калі ён адыходзіць ад Зямлі, яго светлавыя хвалі распаўсюджваюцца, павялічваючы даўжыню хвалі і зрушваючы колер у чырвоны бок спектру. Буйнейшыя планеты ўзмацняюць хістанне бацькоўскіх зорак, таму гэты метад быў такім эфектыўным пры пошуку газавых гігантаў, у некалькі разоў большых за Зямлю.

Якая адна рэч можа быць аднолькавай на ўсіх планетах? Блакаванне святла. Калі арбіта планеты перасякае сваю бацькоўскую зорку, гэта заблакуе частку святла і прымусіць зорку цямнець. Астраномы называюць гэта транзітам, а адпаведную тэхніку палявання на планеты — метадам транзіту. Тэлескопы, абсталяваныя адчувальнымі фотаметрамі, могуць лёгка распазнаць вялікія планеты, але яны таксама могуць улавіць нават лёгкае зацямненне, выкліканае аб'ектам памерам з Зямлю.

Нарэшце, некаторыя астраномы звяртаюцца да метаду, вядомага як мікралінзаванне. Мікралінзаванне адбываецца, калі адна зорка праходзіць дакладна перад другой зоркай. Калі гэта адбываецца, гравітацыя зоркі на пярэднім плане дзейнічае як павелічальная лінза і ўзмацняе яркасць зоркі на заднім плане. Калі планета круціцца вакол зоркі на пярэднім плане, яе дадатковая гравітацыя ўзмацняе эфект узмацнення. Гэта зручна паказвае планету, якая ў іншым выпадку была б нябачнай для іншых метадаў выяўлення.

Кеплер і TESS

Раней мы казалі, што асноўнымі патрабаваннямі да прыдатнай для жыцця планеты будзе камяністая паверхня (а не загазаваная), вада ў вадкім стане (у адрозненне ад вадзяной пары) і не занадта гарачая, і не занадта халодная зона Златаўласкі. Такім чынам, якія інструменты выкарыстоўваюцца для пошуку гэтых тыпаў экзапланет?

Першыя экзапланеты былі выяўленыя з дапамогай тэлескопа Хабл у 1990-х гадах. Але першай місіяй НАСА па выяўленні зямлёпадобных планет, якія круцяцца вакол зорак за межамі нашай Сонечнай сістэмы, быў касмічны тэлескоп Кеплер, запушчаны ў 2009 г. Абсталяваны высокаадчувальным фатометрам. Кеплер кантраляваў яркасць больш чым 150 000 зорак, шукаючы малюсенькія перыядычныя спады у іх святле, выкліканым транзітам планет па іх тварах. Гэты метад транзіту дазволіў Кеплеру ідэнтыфікаваць больш за 2600 экзапланет, у тым ліку 12 планет у зонах пражывання іх зорак. Сярод іх Gliese 581c і Kepler 62f.

Місія Kepler скончылася ў 2018 годзе, за ёй рушыў услед спадарожнік Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Місія TESS — знайсці экзапланеты, таксама выкарыстоўваючы метад транзіту. TESS будзе ахопліваць неба ў 400 разоў больш, чым Кеплер, і вывучаць зоркі ў 30-100 разоў ярчэй.