Новый смысл для человечества. Что нам делать с уже найденными 1260 "землями" (ИНФОГРАФИКА)
Слишком часто можно услышать восторженные оценки: дескать, то или иное открытие означает "начало новой эры". Но если говорить о космической истории человечества, то в ней действительно совсем скоро может начаться новая эра. По планам Национальной аэрокосмической администрации (NASA) США, произойдет это совсем скоро - 16 апреля.
Героем этого дня будет, нетрудно угадать, компания SpaceX Илона Маска. Все просто: именно у нее есть самая суперовая на данный момент ракета Falcon-9. Поскольку NASA нужно вывести на высокую околоземную орбиту очень ценный и уникальный груз - космический телескоп TESS, то нет ничего удивительного в том, что этот заказ достался SpaceX.
Телескоп TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) будет заниматься поиском экзопланет с помощью транзитного метода наблюдения за звездами. Экзопланеты - это планеты за пределами нашей Солнечной системы, вращающиеся вокруг других звезд. В обозримом будущем люди вряд ли туда полетят, ведь земляне еще и Солнечную систему совсем не освоили, дальше Луны нога человека пока не ступала. Тем не менее запуск TESS будет означать, что поиск экзопланет уже поставлен на промышленную основу. И превратился из чисто научного направления в самостоятельную отрасль экономики, способную приносить прибыль своим участникам.
На самом деле та же SpaceX заработает на запуске TESS немалые деньги. Заявленная на сайте компании цена вывода коммерческого спутника ракетой-носителем Falcon-9 составляет $62 млн. Для военных и правительственных заказчиков, выдвигающих дополнительные требования, цена вывода космического аппарата на орбиту ракетой Falcon-9 обычно выше. NASA информировала, что потратит на запуск TESS $87 млн.
Стоимость самого телескопа TESS по контракту с корпорацией Orbital Sciences составила $75 млн. А в целом стоимость проекта оценивается в $378 млн.
Но главное - запуск TESS положит начало целой серии космических и наземных проектов, нацеленных не только на поиск экзопланет и их исследование, но и на детектирование возможных сигналов от них, отправку собственных сигналов туда, разработку автоматических космических миссий и т. д. Тут можно вспомнить, что на программу Apollo в 1969-1972 гг. американцы потратили $25,4 млрд (в ценах 2017 г. это $109,4 млрд) - ради того лишь, чтобы дюжина астронавтов оставили отпечатки своих ног на заведомо безжизненной поверхности Луны. А теперь представим, какое воздействие на человечество окажет открытие потенциально обитаемых планет, почти точных копий нашей Земли, возле звезд в ближайшей окрестности нашего Солнца. И какой это будет стимул для изобретения технологий, способных сделать возможным в будущем невозможное сейчас - полететь туда.
Как у астрономов разыгрался аппетит
Технологии поиска планет у других звезд развиваются стремительно и становятся все тоньше в буквальном смысле этого слова. Первоначально они были очень грубыми, т. е. позволяли обнаружить только ужасно громадные планеты массой побольше Юпитера. Впервые внесолнечная планета была найдена у звезды Гамма Цефея A канадскими астрономами в 1988 г. ее масса сейчас оценивается в 1,85 массы Юпитера.
В 2005 г. у красного карлика Глизе 876 в созвездии Водолея удалось найти первую планету, по своим характеристикам напоминающую Землю. По массе она раз в семь больше Земли, вращается на очень малом расстоянии от своей звезды - совершает полный оборот вокруг нее всего лишь за двое земных суток. А не сгорает она в такой близости от своей звезды потому, что звезда эта светит очень слабо (в 80 раз тусклее Солнца), так что температура на планете составляет "только" 340°C.
К концу 2008 г. было открыто уже около 340 экзопланет, но лишь дюжина из них имели массу от трех до девяти масс Земли, а остальные были гораздо крупнее (в десятки, сотни, тысячи раз массивнее Земли). Для поиска более мелких планет, похожих на Землю, необходимы были более тонкие наблюдения, которые лучше всего вести из космоса, где не вносит искажений земная атмосфера. Астрономы сумели заразить своим азартом NASA, и 7 марта 2009 г. на орбиту вокруг Солнца был запущен космический телескоп "Кеплер", оснащенный сверхчувствительным фотометром, специально предназначенный для поиска экзопланет.
К настоящему времени, по данным специализированного сайта exoplanet.eu, открыто уже 3755 экзопланет и 2423 кандидатки, чей планетный статус пока что ждет подтверждения. По данным NASA, большинство из них - 2342 экзопланеты и 2245 кандидаток - обнаружены с помощью телескопа "Кеплер".
Почти у всех экзопланет и кандидаток известны масса и радиус или хотя бы одна из этих характеристик. Нас, конечно, больше всего интересуют планеты, похожие по величине на нашу Землю. На данный момент за пределами Солнечной системы обнаружены 1260 "земель", отличающихся от Земли по массе или объему не более чем втрое, а также 117 более мелких "марсов". Кроме того, найдены 2543 "мини-нептуна", которые превосходят "суперземли", но мельче Нептуна, 872 "сатурна", которые имеют промежуточные массы и объемы между Нептуном и Юпитером, и 1311 "суперюпитеров", которые громаднее Юпитера (многие из них могут оказаться "коричневыми карликами" - так называют объекты, промежуточные между планетами и звездами).
Среди вновь открытых планет есть весьма обнадеживающие в плане возможности существования там жизни. Например, 5 декабря 2011 г. у звезды Kepler-22 в созвездии Лебедь, открытой, как видно из ее названия, телескопом "Кеплер" и очень похожей на наше Солнце, была обнаружена с помощью того же телескопа планета диаметром лишь вдвое крупнее Земли, имеющая среднюю температуру поверхности 22°C - чуть больше, чем у нас (средняя температура на поверхности Земли составляет 15°C).
Можно было бы рассказать и о ряде других удивительных открытий, но проблема в том, что до сих пор все поиски экзопланет были точечными, т. е. велись на локальных участках неба. Тот же телескоп "Кеплер" первые четыре года своей работы изучал на небе крохотную область площадью 105 квадратных градусов, что составляет всего лишь 0,25% площади всей небесной сферы. Затем "Кеплер" вообще вышел из строя: произошла поломка одного из двигателей-маховиков, отвечающих за ориентацию аппарата в пространстве. Через год работоспособность телескопа удалось восстановить.
Инженеры NASA пришли к весьма интересному решению и вместо вышедшего из строя двигателя ориентации стали использовать в качестве стабилизирующего фактора давление солнечного излучения. Так началась новая жизнь "Кеплера", получившая название "миссия K2". С тех пор аппарату приходилось каждые 2,5 месяца менять свое направление и поочередно исследовать разные (но тоже крохотные) участки небосвода.
14 марта 2018 г. NASA объявила, что "Кеплер" скоро закончит свою работу - у него заканчивается топливо. "Наши нынешние расчеты показывают, что запасов топлива у "Кеплера" осталось всего на несколько месяцев, - сообщил системный инженер космической миссии "Кеплер" Чарли Собек. - Мы понимаем и готовы к тому, что вскоре телескоп завершит свою научную деятельность, но до того момента, как его топливо полностью иссякнет, мы будем продолжать работу с ним". Сейчас "Кеплер" находится примерно в 150 млн км от Земли, поэтому даже при желании NASA не может отправить к нему космический аппарат для дозаправки. За оставшееся время команда Собека постарается обеспечить, чтобы все данные, которые "Кеплер" собрал и еще успеет собрать, были отправлены на Землю.
Общая стоимость миссии "Кеплер", включая расходы на создание самого телескопа, стоимость его запуска и ежегодные затраты по этому проекту, уже превысила $700 млн. Между тем собранные "Кеплером" данные ни в коей мере не могут претендовать на полноту. Они только подогрели аппетит астрономов, которые с помощью космического телескопа убедились в том, что у звезд в разных участках неба можно найти экзопланеты. И что на некоторых из этих планет могут быть условия, подходящие для жизни.
Космическая революция - по графику
После запуска телескопа TESS все изменится. Астрономы уже не будут себя чувствовать так, словно они побираются крохами с громадного стола, уставленного яствами. Теперь можно будет съесть все, до чего дотянутся руки, то бишь зрение телескопа.
"Кеплер" всматривался в крохотные участки неба, но на весьма большую глубину - до 3000 световых лет. Для науки это, конечно, интересно, однако на практике никаких конгрессменов не убедишь в том, что когда-нибудь землянам пригодятся космические адреса планет, до которых даже свету нужно лететь тысячи или многие сотни лет. TESS в этом плане гораздо приземленнее. Его основная цель состоит в нахождении каменистых экзопланет, попадающих в обитаемую зону и удаленных от нас не более чем на 200 световых лет. При этом, в отличие от "Кеплера", TESS обследует всю небесную сферу.
Миссия TESS рассчитана на два года. А значит, если все пойдет по плану, то уже в 2020 г. астрономы будут знать космические адреса всех планетных систем в окрестности нашей Солнечной системы. По информации NASA, телескопу предстоит проверить на наличие планет ближайшие к Солнцу 500 тыс. звезд спектральных классов G (как наше Солнце), K и M (более мелких и холодных) ярче 12 звездной величины. Ожидается, что TESS найдет около 3000 экзопланет, из которых около 500 будут по размеру похожи на Землю.
Космические миссии для обследования экзопланет готовит не только NASA. Европейское космическое агентство (ESA) до конца 2018 г. планирует запустить космический телескоп CHEOPS (CHaracterising ExOPlanet Satellite). Он будет вести тщательные высокоточные наблюдения за яркими звездами из целевого списка. Задачей миссии будет не столько поиск новых планет, сколько детальное изучение уже найденных. Цели для исследования будут выбираться из данных, собранных наземными проектами по поиску экзопланет, такими как WASP и HATNet.
Можно надеяться, что в результате этих миссий мы получим более-менее полный каталог планет, похожих на Землю, в окрестностях Солнечной системы и сможем вычислить, какие из них расположены в зоне жизни, т. е. не слишком далеко от своего солнца, но и не чересчур близко. Впрочем, это еще не даст оснований утверждать, что там может существовать жизнь, - для этого нужно знать, какая там атмосфера.
Эту задачу NASA и ESA собираются возложить на космический телескоп имени Джеймса Уэбба (JWST), обладающий составным зеркалом диаметром 6,5 м. Стоимость телескопа оценивается в $10 млрд - это на треть больше суммы, в которую обошлось строительство Большого адронного коллайдера. Телескоп будет запущен в марте-июне 2019 г. европейской ракетой Ariane-5 с космодрома во Французской Гвиане.
Благодаря своим беспрецедентным способностям обнаружения JWST станет передовой космической обсерваторией на ближайшее десятилетие. Солнцезащитный экран позволит охладить инструменты телескопа до сверхнизких температур. Благодаря этому сверхчувствительные приборы смогут обнаруживать едва заметные изменения в яркости и спектре света звезды, когда она затеняется планетой. По этим изменениям можно будет не только обнаружить саму планету, но и определить плотность и состав ее атмосферы, а также выявить, есть ли у планеты крупные спутники типа нашей Луны.
С помощью JWST будут проверены ближайшие к нам экзопланеты из каталога, составленного в результате работы телескопов TESS и CHEOPS. Однако земляне еще не смогут увидеть, как выглядят эти планеты. Такую возможность предоставят уже следующие проекты, которые станут продолжением миссии JWST.
В январе 2016 г. четыре команды американских ученых и инженеров начали проработку четырех разных проектов больших космических обсерваторий. Один из этих проектов - телескоп ATLAST (Advanced Technology Large-Aperture Space Telescope), который будет способен обнаруживать "биомаркеры" (например, молекулярный кислород, озон, воду и метан) в атмосфере землеподобных экзопланет, а также дать информацию об их скорости вращения, климате, особенностях поверхности, изменениях в облачном покрове и, возможно, сезонных колебаниях покрывающей растительности. Еще один проект, названый HabEx (Habitable Exoplanet Imaging Mission), предлагает космический телескоп оптического и ближнего инфракрасного диапазонов с главным зеркалом от 4 до 8 м, предназначенный для получения прямых изображений экзопланет.
В марте 2019 г. отчеты четырех команд должны поступить в Национальную академию наук США, которая выберет один проект и рекомендует его НАСА в качестве флагманской миссии на следующее десятилетие. Так как создание большой космической обсерватории занимает более 10 лет, то запуск ее в космос следует ожидать в 2030-х.
Кто сможет заработать на экзопланетах
Разумеется, любые масштабные научные и космические проекты дают толчок развитию технологий, которые затем находят применение в различных отраслях экономики. А также, добавим, в оборонной сфере - причем там, возможно, в первую очередь.
Однако поиск экзопланет способен оказать на экономику и более прямое влияние. Как минимум - это направление исследований может стать движущей силой для космической отрасли, задавая ей цель, к которой нужно стремиться. А как максимум - эта цель может дать новый смысл существованию всего человечества.
То, что частный бизнес уже пришел в космическую отрасль, - общеизвестный факт. Но тот же Илон Маск ищет для своей SpaceX задачи поамбициознее, чем рядовые запуски спутников на орбиту. Потому и пиарит идею заселения Марса.
Вот только Марс - планета, практически непригодная для жизни. И поэтому идея заселения Марса вряд ли сможет стать для человечества мечтой и смыслом. В этом плане идея заселения похожей на Землю планеты у какой-нибудь близлежащей звезды более перспективна.
Преимущество Марса по сравнению с экзопланетами - не столько в том, что он гораздо ближе, сколько в том, что мы о нем гораздо больше знаем. Но всего лишь 60 лет назад (до начала освоения космоса) мы знали о Марсе едва ли больше, чем знаем об экзопланетах сейчас. Пройдет 20-30 лет - и мы будем иметь перед глазами пейзажи десятков планет из других звездных миров. Не исключено, что некоторые из этих планет покажутся нам раем. И в любом случае нам захочется посмотреть на них вблизи, увидеть, есть ли там жизнь, и если да, то сравнить, насколько тамошние существа отличаются от земных. Собственно, это вопросы такого масштаба, что ответы на них могут стать переломными для истории человечества, мировых религий, философии и, конечно, науки.
Понятно, что никто не будет сразу (или даже в ближайшую сотню лет) строить корабли для пилотируемых или хотя бы автоматических экспедиций. Задачей номер один будет разведка. И соответствующие проекты уже появляются. Примеров можно привести много, ограничимся одним - довольно реалистичным.
В августе прошлого года Институт межзвездных исследований Лондона сообщил об уже разработанной схеме крошечного космического корабля, способного совершить путешествие к ближайшей соседке Солнца и оборудованного инструментами, пригодными для того, чтобы провести простейшие наблюдения за звездной системой и отослать результаты на Землю. Разработчики назвали свой зонд "Андромедой" и утверждают, что он может отправиться к Проксиме Центавра уже через несколько лет.
Основная конструкция зонда проста: он состоит из черно-белой камеры на 12 мегапикселей, линзы, нескольких сенсоров и магнитометра. Есть также ядерная батарея, простейшее рулевое управление и коммуникативная система. Общая масса корабля - 23 г. Зонд должен быть оснащен световым парусом и разгоняться лазерным лучом. Излучатель мощностью 15 ГВт будет находиться на орбите Земли.
Чем больше будет информации о ближайших экзопланетах, тем больше будет появляться подобных проектов. Наверняка некоторые из них будут опробованы на планетах нашей Солнечной системы. Юпитер, Сатурн, Уран со своими спутниками и кольцами - это прекрасные модели звездных миров. Более того, как раз спутники газовых гигантов - это, скорее всего, единственное место в Солнечной системе, где может таиться жизнь (помимо Земли).
Производство космических микрозондов и создание необходимой для них космической инфраструктуры (тех же лазеров на орбите) могут быстро вырасти в очень крупный бизнес. И в этой сфере непременно будет технологическая гонка, в которой найдут применение новейшие достижения айтишников и роботехников, в т. ч. микроботы и микродроны. Кстати, строительство баз на экзопланетах тоже будет задачей не людей, а микроботов. Дойдем ли мы до той стадии миниатюризации, когда микроботы превратятся в микробов и положат начало новой биосистеме - это тоже один из вопросов, ответ на который может быть ускорен открытием экзопланет.
Где могут быть ближайшие братья по разуму
Ближайшая к Солнцу звезда - Проксима Центавра, входящая в тройную звездную систему Альфа Центавра. Proxima по-латински как раз и означает: ближайшая. Расположена она примерно в 4,24 светового года от нас, что в 268 тыс. раз больше расстояния от Земли до Солнца.
Этот красный карлик был открыт в 1915 г. Он светит слишком тускло, чтобы его можно было увидеть невооруженным глазом. Тем удивительнее, что через сотню лет у этой невзрачной звезды была обнаружена землеподобная планета, да еще и в так называемой зоне жизни. Об этом 24 августа 2016 г. объявила Европейская южная обсерватория. Планета получила название Proxima b. Ученые пришли к выводу, что она может иметь подходящую для дыхания атмосферу и даже, возможно, имеет участки, покрытые водой.
Однако радость длилась недолго. 26 февраля 2018 г. американские астрономы сообщили, что 24 марта 2017 г. в излучении, пришедшем от Проксимы, наблюдался всплеск, свидетельствующий о том, что на звезде произошла колоссальная вспышка. И если на планете Proxima b существовала какая-либо форма жизни, то эта вспышка ее выжгла. "Сила последней вспышки оказалась настолько велика, что она без проблем испарила бы любую атмосферу или океан, фактически стерилизовав поверхность планеты", - заявили ученые.
Впрочем, тем временем была найдена новая кандидатка на звание ближайшей обитаемой планеты. 15 ноября 2017 г. Европейская южная обсерватория презентовала землеподобную планету Ross 128 b, вращающуюся вокруг звезды Росс 128 в созвездии Девы. Эта звезда - тоже красный карлик, но, в отличие от Проксимы, очень спокойный. Сейчас Росс 128 находится на расстоянии около 11 световых лет от Солнца, а через 79 тыс. лет станет нашим ближайшим соседом. Орбита планеты Ross 128 b расположена в зоне жизни, однако еще неизвестно, есть ли на планете атмосфера.
