Проверка на «планетопригодность»

Как найти и проверить тысячи экзопланет и обнаружить на них жизнь

51 Pegasi b — первая подтвержденная экзопланета у звезды, похожей на Солнце. Иллюстрация: NASA/JPL-Caltech

Телескоп «Кеплер» за несколько лет нашел тысячи кандидатов в экзопланеты. Их так много, что ученые не могут вручную проверить все и ищут способы переложить работу на алгоритмы. Насколько они надежно работают, а главное, когда же хоть на одной из этих тысяч планет найдется жизнь, «Чердак» расспросил экспертов.

Как найти экзопланету

«Кеплер» восьмой год обращается вокруг Солнца с периодом в 372,5 дня и ищет экзопланеты — планеты у других звезд. Когда планета проходит между телескопом и звездой, она частично заслоняет звезду, и по мерцанию ее света ученые определяют некоторые характеристики планеты. Такой метод называется транзитным.


График изменения яркости звезды, перед которой проходит планета

Но для того, чтобы подтвердить, что нашлась планета, а, например, не звезда — коричневый карлик, нужны дополнительные наблюдения при помощи других телескопов.

Планета или только притворяется?

Методов проверки кандидатов в экзопланеты два. Один из них заключается в том, чтобы пристально посмотреть на кандидата в телескоп. Второй — метод лучевых скоростей.

На звезду, вокруг которой обращается потенциальная планета, действует ее притяжение. Из-за этого звезда чуть-чуть двигается, оказываясь то немного ближе к нам, то немного дальше. В результате наблюдаемый с Земли спектр излучения звезды тоже немного смещается. Несмотря на то что эти изменения очень слабые, их можно измерить и вычислить по ним массу и орбиту планеты.


Смещение спектра звезды, вокруг которой обращается планета

Тысячи и тысячи планет

В начале 2011 года исследователи проанализировали данные за первый год работы «Кеплера» и нашли аж 1235 объектов, которые могли оказаться планетами.

Это было только начало. К декабрю 2011 года количество обнаруженных «Кеплером» экзопланет-кандидатов выросло до 2326. В июле 2013 года в списке потенциальных экзопланет стало уже более трех тысяч. К июлю 2015 года — 4302. Индивидуально проверить на «планетопригодность» каждую из них невозможно, поэтому астрономы обратились к автоматическим методам.

«Было предложено несколько методов, которые позволяют выделять из кеплеровского списка наиболее вероятные планеты при помощи данных только самого «Кеплера». Один из них в 2012 году описал Тимоти Мортон из Принстонского университета в США. Он предложил оценить возможность ошибочной идентификации планеты, анализируя для каждого объекта форму кривой блеска и сравнивая ее с кривой блеска потенциальных «ложных планет» — например, затменных двойных звезд. При помощи относительно простых вычислений можно рассчитать вероятность того, что данная кривая блеска принадлежит именно планете. Метод рассчитывает вероятность ложной идентификации. Планетой считается объект, у которого эта вероятность меньше 1%», — пояснил Дмитрий Вибе, ведущий научный сотрудник Института астрономии РАН.

Метод Мортона быстрый и применим к системам с любым количеством планет. Благодаря этому он стал первым методом, который подходит для всего кеплеровского каталога объектов-кандидатов. В результате недавно 1284 из них получили планетный статус. Кроме того, Мортон и коллеги «перепроверили» 984 планеты, ранее подтвержденные другими методами.

Можно ли доверять алгоритмам?

«Методы кажутся надежными, хотя можно спорить о конкретных числах, характеризующих достоверность. Для того чтобы планета считалась действительно открытой, необходимы более детальные и индивидуальные подходы», — считает Сергей Попов, ведущий научный сотрудник Государственного астрономического института им. П.К. Штернберга.

Звезда Kepler-11 и ее пять планет — первая звездная система, обнаруженная телескопом «Кеплер». Иллюстрация: NASA/JPL-Caltech


«Планета, существование которой подтверждено наблюдениями на других телескопах и с использованием других методов, более достоверна, чем планета, выявленная только по анализу кривой блеска. Но даже подтверждающие наблюдения не дают 100-процентной гарантии реальности планеты, а для многих объектов независимое подтверждение просто невозможно в силу их невысокого блеска», — отметил Дмитрий Вибе.

Метод Мортона — надежный способ подтверждения планетного статуса объектов-кандидатов, а вот среди тех, что помечены алгоритмом как «ложная идентификация», все-таки могут скрываться планетные системы, пояснил ученый.

Есть ли жизнь на экзопланетах

Когда хоть одна из этих планет подаст признаки жизни — самый интригующий вопрос в этой истории. С того момента как «Кеплер» победно выступил с первой тысячей потенциальных экзопланет, новости то и дело сообщают об открытии «планет, похожих на Землю» и «планет, на которых может быть жизнь».

В первом случае имеется в виду, что экзопланета обладает твердой поверхностью, как Земля, Марс или Меркурий. Этим так называемые землеподобные планеты отличаются от газовых гигантов, таких как Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.

Насколько та или иная планета действительно похожа на Землю с ее морями и океанами, это второй вопрос. Для того чтобы на поверхности планеты в принципе могла быть жидкая вода, планета должна быть не слишком близко к своей звезде (иначе вода испарится) и не слишком далеко от нее (иначе замерзнет). Это оптимальное расстояние до звезды называется «зоной жизни».

С учетом последних данных, полученных Мортоном и его коллегами, астрономам известна 21 планета земного типа, находящаяся в «зоне жизни» своей звезды. Но это еще не гарантирует, что жизнь на этих планетах действительно есть.

Kepler-186f — первая экзопланета, найденная в пределах «зоны жизни». Иллюстрация: NASA


«Что касается поисков жизни, следующим шагом будет обнаружение и изучение атмосфер землеподобных планет. Это пока за пределами возможностей телескопов. Но уже следующее поколение инструментов (Европейский чрезвычайно большой телескоп, телескоп имени Джеймса Уэбба) может дать результаты. Ждать осталось недолго», — рассказал Сергей Попов.

Говорить о вероятности обнаружения жизни слишком рано, считает Дмитрий Вибе.

«Она складывается из двух вероятностей: что жизнь на других планетах существует, и что мы в состоянии ее обнаружить. Ни та, ни другая вероятность нам пока неизвестны. Существующими средствами вторая часть задачи, скорее всего, нерешаема. Предложено несколько так называемых биомаркеров — свойств планеты, которые могли бы указывать на наличие жизни: кислородная атмосфера или присутствие в атмосфере избыточного метана. Для поиска биомаркеров нужны новые инструменты, причем не наземные, а космические. Они будут стоить немалых денег, и потому сроки зависят не столько от технологий, сколько от доступных финансов. При этом обнаружение биомаркера не дает 100-процентной гарантии: кислородная атмосфера может возникнуть небиологическим путем», — пояснил он.
Теги:

Читать еще на Чердаке: