Цивилизация
Британские астрономы выделили новую категорию относительно крупных экзопланет — мини-нептунов, сильно отличающихся от Земли, но при этом способных поддерживать существование жизни. Это может значительно увеличить количество потенциально обитаемых мест за пределами Солнечной системы.
Раньше в поисках жизни астрономы обращали внимание прежде всего на планеты, похожие на Землю — с примерно такими же размерами, массой, температурным режимом и составом атмосферы. Однако ученые из Кембриджского института астрономии считают, что при этом они всегда упускали из виду гораздо более многообещающие возможности. Статья об этом опубликована в Astrophysical Journal, препринт выложен на сайте arXiv.org.
Новую категорию потенциально пригодных для жизни планет предложено называть Hycean — «хайкеанами». Это горячие, покрытые океаном планеты с атмосферой, насыщенной водородом, которые в Галактике попадаются гораздо чаще, чем планеты земного типа. Прежде их было принято относить к суперземлям или мини-нептунам.
«Такие планеты открывают совершенно новые возможности для поиска жизни в других мирах», — уверен Никку Мадхусудхан из Кембриджского института астрономии, руководивший этими исследованиями.
Многие из основных кандидатов в «хайкеаны», отобранных британскими астрономами, крупнее и горячее, чем Земля, но все же имеют характеристики, позволяющие им обладать большими океанами, которые способны поддерживать микробную жизнь, аналогичную той, что встречается в некоторых земных водных экосистемах с экстремальными условиями. Преимущество таких планет в том, что они образуют возле своих звезд гораздо более широкую потенциально обитаемую зону, или, как еще говорят, «зону Златовласки», по сравнению с планетами земного типа. Это означает, что они все еще способны поддерживать жизнь даже там, где планеты вроде Земли уже явно оказываются вне этого диапазона.
Первая экзопланета была идентифицирована почти тридцать лет назад, и с тех пор за пределами Солнечной системы были обнаружены 4,5 тысячи новых планет. Подавляющее большинство из них по своим размерам оказываются между Землей и Нептуном, а суперземлями или мини-нептунами их считают в зависимости от размеров и состава: они могут быть преимущественно каменистыми или, наоборот, ледяными гигантами с атмосферой, насыщенной водородом. Иногда бывает и нечто среднее.
Большинство мини-нептунов по крайней мере в 1,6 раза крупнее Земли, но при этом значительно меньше Нептуна. Они слишком велики, чтобы обладать твердой каменистой поверхностью, как Земля, и предыдущие исследования подобных планет показывали, что давление и температуры под их водородной оболочкой слишком высоки для того, чтобы говорить о существовании там жизни, похожей на земную.
Однако недавнее изучение мини-нептуна K2-18b, проведенное группой Мадхусудхана, показало, что в определенных условиях эти планеты все же могут поддерживать жизнь. Экзопланета у красного карлика в 124 световых годах от Земли обращается вокруг своей звезды за 33 дня и содержит в своей атмосфере воду. Ее диаметр в 2,6 раза больше земного, а масса в 8,6 раза превосходит массу Земли, по сути, это нечто среднее между суперземлей и мини-нептуном. Это исследование подвигло ученых к пересмотру всего диапазона свойств планет и их звезд, удовлетворяющих подходящим для жизни условиям, с тем, чтобы рассмотреть вопрос о возможности наблюдения характерных биомаркеров — химических следов в атмосферах, свидетельствующих о существовании жизни. Чаще всего это кислород, озон, метан и оксид азота N2O, присутствующие и на Земле. Есть также ряд других биомаркеров, таких как метилхлорид и диметилсульфид, которых на Земле значительно меньше, но они также могут служить многообещающими индикаторами жизни на планетах с богатой водородом атмосферой, где мало кислорода и озона.
Согласно оценкам британских ученых, планеты, по своим размерам в 2,3–2,6 раза превосходящие Землю и массой в 5–10 земных масс все еще могут иметь океаны, покрывающие всю их поверхность под водородной атмосферой, температура которой — порядка 200°C. При этом условия в таких океанах могут быть аналогичны тем, что позволяют существовать микробной жизни в земных океанах. К экзопланетам, на которых может существовать жизнь, относят также очень близкие к своим звездам и гравитационно запертые из-за приливных взаимодействий планеты, повернутые к звезде всегда одним боком. Это «темные» миры среди «хайкеанов», жизнь на которых возможна лишь на ночной стороне.
В известной нам популяции экзопланет преобладают планеты именно таких размеров и типов, но до сих пор им уделяли гораздо меньше внимания, чем суперземлям. Распространенность во Вселенной именно «хайкеанов» означает, что самые многообещающие места для поисков жизни в других частях Галактики могли скрываться у всех на виду.
«По сути, когда мы искали эти разные молекулярные сигнатуры, мы сосредотачивались на планетах, подобных Земле, что для начала поисков казалось вполне разумным, — говорит Мадхусудхан. — Однако теперь мы думаем, что планеты типа «хайкеанов» дают нам больше шансов найти сразу несколько биомаркеров».
Мадхусудхан и его группа предполагают, что целый ряд земных биомаркеров можно будет легко отыскать в атмосферах «хайкеанов» с помощью спектроскопических наблюдений в самом ближайшем будущем. Большие размеры, более высокие температуры и богатые водородом атмосферы таких планет делают их атмосферные биомаркеры гораздо более заметными, чем у планет земного типа.
«Обнаружение биомаркеров изменит наше понимание жизни во Вселенной, — объясняет Мадхусудхан. — Мы должны открыто говорить о том, где мы ожидаем найти жизнь и какую форму она может принять, поскольку природа продолжает удивлять нас зачастую самыми невообразимыми способами».
Кембриджская группа представила большую выборку планет, которые могут стать первыми кандидатами для изучения с помощью телескопов следующего поколения, таких как космический телескоп James Webb. Его запуск запланирован на конец этого года. Все отобранные таким образом планеты обращаются вокруг красных карликов на расстояниях в 35–150 световых лет от Земли, это очень близко по астрономическим масштабам. Уже запланированные наблюдения за наиболее многообещающим кандидатом, K2-18b, могут привести к обнаружению одного или сразу нескольких биомаркеров.