Знайти двійника Землі у космосі може бути неможливо
З усіх місць, на які ми коли-небудь дивилися у Всесвіті, тільки Земля забезпечила нас доказами життя. Але чому? Тому що життя – це рідкість, і вона вимагає від нас усіх умов, які ми маємо на Землі, щоби підтримуватися? Або тому, що життя всюдисуще, але ми знайшли його тут, тому що тут його знайти було найпростіше?
Раз у нас на Землі все влаштовано як влаштовано, ми звикли вважати, що якби у нас була планета і зірка з такими ж властивостями, як Земля і Сонце — з таким самим віком, з такими ж орбітальними відстанями, розмірами та масами, тих же матеріалів — ми знову отримали б життя. Ми також припускаємо, що інші комбінації є менш ймовірними. Але всі наші припущення можуть бути невірними. Земля може бути такою ж рідкістю, як життя.
У 2015 році NASA анонсувало відкриття Kepler-452b і назвало її "найсхожішою на Землю екзопланету" з усіх, що були колись виявлені. Звичайно, у неї було багато схожого із Землею, а у її зірки було багато схожого із Сонцем:
- Її рідна зірка дуже схожа на Сонце з точки зору температури, маси та розміру: це зірка G2, приблизно такої ж яскравості та загальної тривалості життя.
- Вона обертається практично на такій самій відстані і приблизно з таким самим періодом, що і наша планета навколо Сонця: 385 днів замість 365.
- Зірка, навколо якої вона обертається, не набагато розвиненіша, ніж наше Сонце: старше на 1,5 мільярда років, а значить на 20% енергетичніше потужніше і на 10% холодніше.
- Сама планета не набагато більша за нашу Землю, а її радіус на 60% більше.
І хоча ці умови можуть здатися вам «подібними до земних», виявлений світ, звичайно, не має з Землею нічого спільного.
У нашій Сонячній системі різниця між Землею та Венерою крихітна: близько 5% у радіусі. Для порівняння: різниця між Землею та Ураном чи Нептуном величезна: ці світи вчетверо більші за Землю в радіусі. Тому більше на 60% може здатися не таким вже й перебільшенням, але висока ймовірність, що ми виявимо тверду планету з тонкою атмосферою, яка матиме властивості газового гіганта: велику оболонку з легких атмосферних газів. За фактом є дуже вузьке вікно, яке варто вважати «земним типом» за розміром планети, і відхилення більш ніж на 10-20% від земного розміру буде занадто великим.
Проте є причини вважати, що планети земного типу досить поширені. Останні результати телескопа Кеплер показують, що в диску Чумацького Шляху є щонайменше 17 мільярдів планет розміром із Землю, і принаймні кілька відсотків зірок матимуть хоча б один світ земного типу під боком. Хоча наша кінцева мета – це, звичайно, знайти світ із розвиненим біологічним життям – бажано мир із життям під час кембрійського вибуху – наші думки завжди повертаються до двійника Землі. Але такий двійник, навіть якщо він існує, може бути зовсім не найкращим місцем для пошуку.
Наше Сонце - це зірка G-класу віком 4,6 мільярда років. Хоча ми думаємо, що вона одна з найпростіших, це не так: наша зірка масивніша за 95% усіх зірок. М-карлики, маленькі червоні зірочки, є найпоширенішим типом зірок у Всесвіті: три чверті всіх зірок представлені М-карликами. Океани на нашій планеті закиплять через мільярд років, але М-зірки горітимуть за стабільної температури десятки трильйонів років.
«Кеплер» знайшов багато планет земного типу біля цих М-зірок, які розташовувалися у відповідних місцях дляперебування води з їхньої поверхні у рідкому стані і маса яких цілком підходила під земне визначення. І хоча М-зірки частіше видають спалахи, а планети поруч із ними повинні бути ближче, вони також забезпечують більш стабільне оточення для своїх планет, з меншим ультрафіолетовим випромінюванням та підвищеним захистом від жорстоких проявів міжпланетного та міжзоряного космосу. Приливні сили від їхніх зірок теж сильніші, а їх скорочені орбітальні періоди надають їм простий спосіб генерувати велике магнітне поле, яке, можливо, захищає від спалахів.
Ці системи досить поширені, а системи із двійником Землі — ні. Що ж нам потрібне для справжнього «двійника»? Насамперед нам знадобиться зірка на кшталт Сонця. Це означає, що зірка має бути не тільки того ж температурного та спектрального класу, а й приблизно того ж віку. Щоб життя розвивалося і розвинулося у щось цікаве, потрібен час, а отже, нам потрібна зіркова система, якій багато мільярдів років. Але й надто довго ми чекати не можемо, тому що в міру старіння зірок область ядра, що з'єднує водень з гелієм, зростає, і вихідна потужність збільшується (а водночас яскравість і температура). Зрештою планети (як Земля), які колись були придатними для життя, стануть занадто гарячими, кип'ятять воду і не дають життя розвиватися.
Припустимо, у нас буде вікно 1-2 мільярди років, що приблизно 10% від життя зірки. У нашій галактиці близько 200-400 мільярдів зірок, і близько 7,6% із них — зірки G-класу, як і наше Сонце. Незважаючи на те, що наше Сонце більш точно класифікується як зірка G2V, з цього однаково випливає, що близько 10% усіх зірок G-класу будуть такого ж типу, як наше Сонце. Якщо брати по верхній кромці, існує 400мільярдів зірок, 7,6% із яких G-класу, 10% із яких — того ж підкласу, що й Сонце, 10% із яких — потрібного віку для цікавого життя. Це 300 мільйонів зірок. Але навіть тоді не у всіх з них буде достатньо важких елементів для створення земного світу.
Вище ви бачите спектр Сонця. Іншими словами, ці лінії, які ви бачите, представляють різні атоми та їх співвідношення. Їх багато на Сонці, і вони дуже специфічні співвідношення. Показник того, що не є воднем чи гелієм, але синтезує матеріали на Сонці, астрономи називають металевістю. Якщо ми хочемо планету земного типу, нам потрібна зірки з металевістю на кшталт сонячної. Це не так уже й погано; до 25% зірок, які сформувалися в той же час, що і наше Сонце, були проміжними зірками I популяції, і багато з них (можливо, близько 15%) мають таку ж металевість, що і наше Сонце.
Виходить, у нашій галактиці 11 мільйонів зірок як наша, з таким самим показником важких елементів. Скільки з цих 11 мільйонів сонячних «близнят» мають своїх земних близнюків у зонах?
Світ, який на 60% більший за Землю, буде більший за неї в п'ять разів по масі, а це занадто багато, щоб бути твердою планетою з тонкою атмосферою. Якщо ми знову прокрутимо всі оцінки, ми отримаємо від сорока до сотні тисяч планет земного типу із орбітами земного типу біля зірок сонячного типу. На 400 мільярдів зірок шанси будуть надзвичайно вузькими.
І пам'ятайте, що справжня мета пошуку таких планет — пошук світів, здатних підтримувати життя земного типу. А якщо ціль саме така, не шукайте «двійника» Землі; краще шукати менші планети біля зірок М-класу. Краще шукати світи земного типу в зонах, що потенційно живуть, поблизу зірок. Таких варіантівбуде набагато більше.