Европейские учёные высоко оценили жизнепригодность Проксимы b

Почти сразу вслед за объявлением об открытии Проксимы b учёные, работающие с Европейской южной обсерваторией, выпустили две работы, в которых оценили количество воды и климат ближайшей потенциально обитаемой экзопланеты. Несмотря на то что она вращается вокруг красного карлика, климат и условия там могут быть вполне близкими к земным. Соответствующие работы направлены на публикацию в Astronomy & Astrophysics .

Первая статья посвящена вопросу наличия у планеты плотной атмосферы и водной оболочки. Как известно, красные карлики имеют спектр излучения, резко отличающийся от солнечного. Даже сейчас Проксима b получает от своей звезды в 30 раз больше жёсткого ультрафиолета и в 250 раз больше рентгеновского излучения на единицу площади, чем Земля. В период формирования далёкой планеты УФ- и рентгеновская активность её звезды были ещё выше. Это создавало риск потери ею воды ещё в "молодости". Ультрафиолет расщепляет молекулы водяного пара на кислород и водород. Рентгеновские фотоны разогревают экзосферу планеты так, что атомы водорода легко покидают её и рассеиваются в космосе. К тому же, в отличие от Солнца (жёлтого карлика), светимость красных карликов в начале их жизни выше, чем потом. Поэтому Проксима b в молодости находилась вне зоны обитаемости: количество излучения, получаемое ей от светила, было слишком велико. Планета в первые миллионы лет своей жизни была перегрета, что также способствовало потере воды. Ранее ряд исследователей на этом основании подвергал сомнению возможность сохранения воды на телах в зоне обитаемости красных карликов. Это ставило под вопрос и саму возможность жизни в таких системах.

Авторы первой работы провели детальные расчёты объёмов потери воды молодой Проксимой b. Как оказалось, если атмосфера планеты по плотности сопоставима с земной, то она могла потерять от 0,4 до 0,9 от объёма земных океанов. Хотя эта цифра кажется большой, на деле она не очень велика. Наша планета за свою историю потеряла не менее четверти воды своих океанов. По современным геологическим представлениям, значительная часть потерянной воды может быть восстановлена за счёт воды, содержащейся в мантии планеты.

Исследователи заключают, что Проксима b может иметь достаточно жидкой воды на своей поверхности и сейчас. Это делает её твёрдым кандидатом в потенциально обитаемые планеты. Более того, авторы (хотя и со знаком вопроса) уже обозначают её как возможно обитаемую. Если жизнь там существует, то времени для развития у неё было больше, чем у земной. Возраст этой планеты — 4,8 миллиарда лет, то есть она на 300 миллионов лет старше нашей. 

Вторая работа разбирается с возможным климатом, царящим на новооткрытой планете. Хотя Проксима b получает от своей звезды лишь 70 процентов от того, что даёт Земле Солнце, это не означает, что она холоднее нашей планеты. Дело в том, что до 95 процентов излучения красных карликов — невидимые глазу ИК-лучи, а не видимый свет, как у Солнца. В ИК-диапазоне снег и лёд поглощают, а не отражают. Это означает, что на данной экзопланете ледники не могут эффективно отражать излучение светила в космос и не играют охлаждающей роли для глобального климата. Кроме того, почти все парниковые газы поглощают инфракрасное излучение куда сильнее видимого света. Значит, парниковый эффект при одинаковой концентрации таких газов там будет сильнее, чем на Земле. Если планета обладает в основном азотной атмосферой с содержанием углекислого газа на уровне Земли в XX веке (376 частей на миллион), то её климат может быть довольно мягким, полагают авторы работы. Из-за близости к звезде она должна быть лишена наклона оси вращения (гравитация светила как бы выравнивает планету). Поэтому там нет и привычной нам смены времён года.

Учёные рассчитали температурную карту Проксимы b исходя из двух сценариев. В одном из них, "лунном", гравитация звезды давно зафиксировала планету в синхронном вращении. Это значит, что та всё время "смотрит" на светило одной стороной, как Луна на Землю. В этом случае длина суток для местного наблюдателя будет бесконечной. Во втором сценарии изначально орбита Проксимы b была слишком вытянутой, поэтому такого захвата не получилось. Гравитация светила в таком случае ведёт к "меркурианскому" сценарию, когда за два оборота вокруг звезды (года) планета вращается вокруг своей оси трижды (имеет сутки длиной в 7—8 земных). Вероятность других сценариев для планеты в 7 миллионах километров от своей звезды крайне низка.

В первом случае у Проксимы b есть вечно дневная и вечно ночная сторона. Первая, скорее всего, покрыта облачным покровом, в то время как на ночной стороне облаков мало, а климат довольно холодный. При земной атмосфере и объёме гидросферы в 0,6 земного океан на дневной стороне будет всегда жидким, с температурами до +30 градусов по Цельсию. На ночной стороне моря будут покрыты льдом, а температуры опустятся до -80:

В "меркурианском" сценарии климат должен быть более мягким. При световом дне в 3—4 земных суток и такой же ночи в районе экватора незамерзающие моря будут не только на дневной стороне, но и на значительной части ночной. В то же время за счёт более равномерного распределения тепла температура воды там редко превышает +10 градусов по Цельсию:

Следует подчеркнуть, что оба изученных сценария носят гипотетический характер. Ключевым в них являются плотность и состав атмосферы. В той же Солнечной системе разнообразие параметров атмосферы огромно. Здесь всего два тела с плотной азотной атмосферой, причём на Титане, где гравитация всемеро слабее земной, атмосфера вчетверо плотнее нашей. В теории газовая оболочка Проксимы b может быть как плотнее земной, так и разрежённее. В первом случае климат там более мягкий и тёплый, чем в вышеописанных сценариях. Во втором — более холодный и с большим перепадом температур. Учёные попробовали рассчитать климат и для других возможных составов атмосферы и обнаружили, что жидкая вода будет присутствовать на поверхности этой планеты в весьма широком диапазоне давлений и при разных по составу газовых оболочках.

Другой важной проблемой жизнепригодности у планет вокруг карликов типа Проксимы являются периодические вспышки таких звёзд. Они могут длиться минуты или даже часы. В начале вспышки звезда способна увеличить свою светимость вдвое за несколько секунд. Визуально при этом она "синеет" (резко растёт излучение в синей и ультрафиолетовой частях спектра). Для сравнения, Солнце за свой цикл активности меняет светимость всего на одну тысячную за несколько лет. Авторы работы не останавливаются подробно на этой проблеме. Ранее ряд других групп планетологов отмечал, что интенсивное УФ-излучение у красных карликов должно порождать там более толстый озоновый слой. Местная многоклеточная жизнь, по всей видимости, может использовать те же механизмы выживания, что и ряд земных существ, способных переносить резкий рост УФ, рентгеновского и даже гамма-излучения без каких-либо последствий.

Как отметил в комментарии Лайфу Александр Родин, руководитель лаборатории прикладной инфракрасной спектроскопии МФТИ, разговоры о проблемах гипотетической сложной жизни на Проксиме b преждевременны. Он считает, что жизнь на других планетах пока вне компетенции научного знания, поэтому мы ничего не можем уверенно сказать ни за, ни против её существования. В более ранних интервью с учёным ("В МФТИ заявили, что на двойнике Земли не может быть жизни") его слова выдернули из контекста: никакого "не может быть" он, конечно, не говорил.

Александр Родин уточнил, что все данные по Проксиме b получены методом лучевых скоростей, то есть по периодическим "подрагиваниям" звезды под действием гравитации её планеты. Поэтому всё, что учёные пока знают о ней, — это её масса. В отсутствие данных об атмосфере делать какие-то иные далеко идущие выводы просто рано.

Родин напоминает, что в нашей системе тоже есть пример планеты (Венера), которая по массе вполне близка к Земле. Однако её атмосфера почти в сотню раз плотнее. Поэтому она обеспечивает такой парниковый эффект, что на поверхности там безжизненная пустыня. Пока нельзя исключить такой сценарий и для Проксимы b. Чтобы лучше понять ситуацию, надо получить данные о её атмосфере. Добиться этого проще всего при помощи специализированных космических телескопов с коронографами. По словам Родина, маловероятно, что это возможно с помощью существующих или уже разработанных инструментов, даже таких, как космический телескоп "Джеймс Уэбб". Какие-то шансы есть лишь у специально ориентированных на решение такой задачи космических телескопов.

В конце второй работы её авторы выдвигают предположение, что будущий наземный телескоп E-ELT с 2024 года сможет получить прямые снимки Проксимы b и даже проанализировать состав её атмосферы. Александр Родин более сдержан в этом отношении. Как он констатирует, условия наземных наблюдателей всегда хуже, чем у космического телескопа: им мешает атмосфера Земли. По его мнению, получить таким образом достоверные данные об атмосфере новооткрытой планеты будет чрезвычайно затруднительно.