Глава 16. Марсианские бактерии и поиски внеземной жизни

 

Экстраординарные заявления требуют экстраординарных доказательств.

КАРЛ САГАН

 

 

Конечно, мы ищем жизнь, похожую на знакомую нам земную. В прошлых главах я объяснял, почему мы ищем именно углеродные формы жизни и планеты, на которых в течение продолжительного времени могут находиться водоемы. Пока наши поиски не увенчались успехом. Но по большому счету активных исследований экзопланет и не проводилось. Все, что мы пока можем узнать об экзопланетах, ограничивается самыми общими физическими характеристиками, поэтому в фокусе внимания астробиологов остаются планеты Солнечной системы и их спутники. По-прежнему остается шанс, что на этих телах нам удастся обнаружить живые организмы.

И все же, по всей видимости, если мы когда-нибудь и найдем жизнь на одной из планет, она будет состоять лишь из микроорганизмов. Давайте предположим, что первое экспериментальное путешествие на машине времени закончилось аварией: вы оказались в случайном моменте прошлого Земли. Что вы перед собой увидите? Скорее всего, ничего интересного (конечно же, если случайно не захватите микроскоп[81]). 90 % времени существования нашей планеты ее населяли исключительно одноклеточные микроорганизмы. Как бы скучно это ни звучало, но если мы когда-нибудь начнем пачками открывать экзопланеты с жизнью, то большая их часть будет представлять собой микробиологические лаборатории планетарного масштаба.

Нас поражает разнообразие планет Солнечной системы, но жизнь, похожая на нас с вами, могла зародиться лишь в четырех ее уголках: на Марсе, Европе, Энцеладе и Титане. Обо всех них мы уже говорили. Европу и Энцелад перспективными для обнаружения там внеземной жизни делает наличие огромных водоемов, богатых сложными углеводородами, и вероятная геотермальная активность. Титан тоже богат сложными углеводородами. Но удаленность всех этих космических тел, трудность их изучения и дороговизна миссий к ним заставляют руководителей космических агентств сдвигать даты исследовательских программ на неопределенное время. До сих пор главным претендентом на скорое открытие жизни за пределами Земли остается Марс. История надежд, разочарований, жарких споров, связанных с поисками марсианской жизни, может служить отличным примером того, с какими сложностями столкнутся будущие исследователи экзопланет. Давайте остановимся на свидетельствах марсианской жизни чуть подробнее.

Первую мягкую посадку на Красную планету совершил спускаемый аппарат советской космической станции «Марс-3» в 1971 году. Радиопередача с поверхности шла около 14,5 с, а затем прервалась по неизвестной причине. На этом миссия спускаемого аппарата закончилась. Оставшаяся на орбите станция из-за бушующей на планете в это время бури и неверных настроек выдержки фотоаппарата передавала нечеткие фотографии поверхности Марса. Однако другие приборы, установленные на ее борту, смогли передать на Землю данные о характеристиках атмосферы и грунта и географических особенностях Марса.

В это время американцы исследовали внутренние планеты Солнечной системы с помощью космических аппаратов серии «Маринер», четыре из которых посетили Марс (с 1964 по 1971 год) и прислали-таки на Землю первые снимки его поверхности. Детальное исследование Марса началось с посадки на планету аппарата «Викинг-1» в 1976 году (вслед за ним на Марс приземлился второй аппарат программы – «Викинг-2»). На фотографиях, присланных «Викингом-1», перед исследователями предстал пустынный пейзаж с барханами песка и каменистыми возвышенностями. Ученые не увидели фантастического мира – картинка казалась разочаровывающе земной, воображение так и норовило достроить ее знакомыми образами. «Я бы, конечно, удивился, если бы из-за песчаного бархана появился седой геолог, ведущий на поводу мула, но в то же время сам пейзаж к этому располагал», – писал об этом Карл Саган»[82]. 40 лет спустя пыльный и грязный планетоход Curiosity пришлет множество снимков таких же достаточно однообразых марсианских пейзажей. Экзотикой стали лишь голубые закаты, которые не увидишь нигде на Земле.

Американская орбитальная станция «Маринер-9», посетившая Марс в 1971 году, «разглядела» на планете каналы (скорее напоминающие каньоны Аризоны или Кыргызстана, чем ирригационные сети Лоуэлла). Эти многочисленные разветвленные системы каналов и дельт134, образованные потоками воды, стали одним из лучших доказательств наличия на Марсе рек и озер в прошлом. В избытке следы древней воды здесь в последующие годы нашла целая эскадра марсоходов, оснащенных, с каждой новой программой, все более совершенными наборами научных инструментов. Из геологических находок можно выделить различные осадочные породы и минералы, образование которых происходит только в воде (например, глину)135. Где же сейчас вся марсианская вода?

С октября 2001 года на орбите вокруг Марса находится станция «Марс Одиссей». С помощью его бортовых детекторов нейтронов удалось создать карту распределения водорода (и связанной с ним воды) в приповерхностном слое грунта. Идея исследования очень проста. Когда частицы космических лучей взаимодействуют с горными породами, образуются нейтроны, вылетающие из атомов под разными углами. Часть из них летит обратно – их и регистрирует «Марс Одиссей». Но эти нейтроны обладают разной энергией: в зависимости от того, через какую породу им пришлось пройти на пути к станции. Подповерхностная вода служит хорошим замедлителем нейтронов, и то, насколько скорость нейтронов отличается от расчетной, позволяет вычислить количество воды в марсианском грунте. Оказалось, что водяной лед там занимает в среднем 14 % массы на глубине до 2 м (и это нижний предел оценки), а приполярные регионы могут содержать до 50 % водяного льда в верхнем метре грунта136. Открытых водоемов здесь нет, но, что удивительно, есть скрытые.

Совсем недавно радиолокационные исследования, выполненные орбитальным аппаратом «Марс-экспресс», обнаружили озеро жидкой воды шириной 20 км подо льдом на южном полюсе Марса137. Этот способ исследований возможен благодаря тому, что снег и лед прозрачны для высокочастотных радиоволн, а жидкая вода – нет[83]. Не удивляйтесь такому повороту событий. Жидкие озера в толще льда могут объясняться высоким давлением, создаваемым в полярных шапках, или же минеральными примесями в воде, снижающими температуру плавления водяного льда. Жидкая вода к тому же может образоваться из-за таяния подповерхностного льда. Так, в 2015 году пришло сообщение об обнаружении на марсианских склонах в летний период темных полос, которые могли образоваться при участии соленой воды138.

Перечислять доказательства наличия воды на Марсе можно еще долго, но надеюсь, я вас уже убедил. Допустим, что здесь когда-то была микробная жизнь (в первый миллиард лет условия на Марсе и на Земле не сильно отличались). Далее предположим, что в то время как Марс терял атмосферу и замерзал, некоторые из этих микроорганизмов постепенно приспосабливались к новым условиям жизни на планете. Сегодня они могут жить в приповерхностных слоях марсианского грунта. Это действительно возможно – известно, что даже земные микробы способны выживать в марсианских условиях139.

Располагают ли исследователи Марса хотя бы косвенными доказательствами существования там жизни? Ответ зависит от степени вашего оптимизма, так как четкого понимания нет ни у кого. Первым намеком на существование жизни в марсианской почве были эксперименты, проведенные еще «Викингами». В ходе одного из них в марсианский грунт вводилась капля разбавленного раствора из питательных органических веществ, молекулы которых содержали радиоактивный изотоп углерода 14 С  140. Идея была в том, что бактерии, если они есть в грунте, усвоят часть веществ, а в качестве побочного продукта метаболизма выделят углекислый газ или метан, который можно обнаружить благодаря его радиоактивным свойствам. Именно это и произошло: «Викинги» зафиксировали радиоактивный углекислый газ, причем сделали это оба аппарата, а ведь их разделяло расстояние в 6 500 км! Последующее нагревание образцов грунта до 150 °C и повторное проведение эксперимента дало отрицательные результаты – никакой газ из грунта уже не выделялся. Это расценили как свидетельство термической смерти бактерий. Уже можно было разливать по бокалам шампанское, но проведенный вслед за экспериментами анализ грунта не выявил следов каких-либо органических веществ, а значит, исключалось и наличие микробов. Чей же метаболизм в таком случае обнаружили «Викинги»?

Об этом до сих пор не умолкают споры. Большинство ученых сходятся во мнении, что газ выделился в ходе ряда абиотических процессов, тогда как остальные настаивают, что никакие процессы небиологической природы не могут в полной мере объяснить полученные результаты (в числе главных сторонников существования жизни на Марсе руководитель злополучного эксперимента «Викингов» Гилберт Левин141).

 

 

Как вы помните, в истории Земли примерно 2,3 миллиарда лет назад произошло важное событие – речь идет о резком увеличении уровня кислорода в атмосфере планеты. Трудно представить себе процесс небиологической природы, который будет постоянно обогащать атмосферу кислородом. Будь у инопланетян приборы, позволяющие дистанционно исследовать планеты, рано или поздно они нашли бы Землю и догадались, что здесь есть жизнь.

Два с половиной миллиарда лет назад микроорганизмы радикальным образом изменили окружающую среду нашей планеты. Явления такого рода, доказывающие присутствие жизни, называются биосигнатурами, а вещества, структуры или объекты, используемые в качестве индикаторов ее присутствия, – биомаркерами[84]. Выделение углекислого газа в ходе метаболизма бактерий – это биосигнатура, а кислород – один из лучших биомаркеров. Другим хорошим биомаркером является метан, который в условиях Земли почти полностью производится живыми организмами.

Атмосфера Марса преимущественно состоит из углекислого газа (95 %), азота и аргона. Но на Красной планете есть еще и метан – газ, который на Земле имеет преимущественно биологическое происхождение! Впервые об открытии метана на Марсе заявили еще в 1969 году, на пресс-конференции, состоявшейся через два дня после того, как космический аппарат «Маринер-7» совершил облет Марса142. Инфракрасный спектрометр, установленный на аппарате, зарегистрировал характерные для метана линии поглощения вблизи полярных шапок. Однако впоследствии оказалось, что такие же линии поглощения характерны и для льда CO2 – гораздо менее интересного вещества.

Первое до сих пор не опровергнутое сообщение об обнаружении метана было опубликовано в 1999 году командой, работавшей с телескопом «Канада – Франция – Гавайи»[85]. С тех пор почти каждый год то с наземных телескопов, то с орбитальных станций и марсоходов поступают сведения о регистрации метана. Количество метана в марсианской атмосфере ничтожно мало – десятки частей на миллиард143! И его природа нам до сих пор неизвестна. Присутствие метана не демонстрирует какой-либо зависимости от широты, но наблюдается зависимость от времени года144. Причем этот метан достаточно молодой: за 300 лет он исчез бы весь, окислившись в низких слоях атмосферы или вступив в реакцию с ультрафиолетовым излучением в высоких слоях.

Были предложены различные версии происхождения метана в ходе естественных процессов, но все они достаточно спорные. Плюс ко всему остается вероятность ошибки. Например, марсианская орбитальная станция Trace Gas Orbiter, работающая с 2016 года, пока никаких следов метана не обнаружила, хотя на ее борту есть два современных прибора, изучающих состав атмосферы Марса независимо друг от друга145. Все эти противоречивые сообщения оставляют много возможностей для спекуляций, и в итоге мы не можем исключить существование как абиогенных, так и биогенных источников марсианского метана. Может, никакого метана на Марсе и нет вовсе?

В июле 2020 года спектрометр на борту орбитального зонда, входящего в программу «ЭкзоМарс», обнаружил на Красной планете линии поглощения углекислого газа и озона. Эти линии поглощения были обнаружены именно в том диапазоне инфракрасного спектра, где астрофизики ищут сигналы от молекул метана, а потому ученые легко могли ошибиться и принять их за свидетельства наличия метана. Возможно, повторяется история 1969 года?

В ноябре 2019 года пришло еще одно странное сообщение: марсоход Curiosity, работающий в кратере Гейла, обнаружил сезонное колебание молекулярного кислорода146. Вообще говоря, в сезонных колебаниях относительных уровней газов нет ничего удивительного: зимой углекислый газ в больших количествах конденсируется на полярных шапках, что вызывает проседание его парциального давления. Так как CO2 является основным компонентом атмосферы, изменение его уровня влечет за собой глобальный перенос атмосферных газов от полюса к полюсу147. Азот и аргон, которые не конденсируются при марсианских давлениях и температурах, перераспределяются за счет циркуляции газов в атмосфере: их концентрация увеличивается и уменьшается в соответствии с теоретическими моделями. Кислород же ведет себя удивительным образом. В течение весны и лета его количество увеличивается на треть по сравнению со средним уровнем (но, к сожалению, этого все равно недостаточно для дыхания), а осенью значительно уменьшается. Само собой, масс-спектрометр на Curiosity, измерявший уровень газов, был проверен несколько раз – он работал без ошибок. Такая значительная разница в летних и зимних уровнях кислорода не может быть связана с динамикой атмосферы и указывает на некий процесс в подповерхностных слоях Марса, в ходе которого производится кислород.

Последнее, о чем мне хотелось бы рассказать, чтобы закрыть тему Марса на страницах этой книги, – это метеорит ALH 84001, найденный в горах Алан Хиллс в Антарктиде в 1984 году. Стоит отметить, что Антарктида – прекрасное место для поиска метеоритов. В этой части света находят больше упавших с неба камней, чем где-либо еще. И дело не в том, что на нее падает больше метеоритов, а в том, что здесь их проще всего найти. Во-первых, черные пятна на снегу заметить гораздо легче, чем в какой-либо другой местности. Во-вторых, тут значительно медленнее идет эрозия, а потому сохранность метеоритов лучше. В-третьих, и это, пожалуй, самое главное, движение ледяных пластов к морю увлекает за собой древние метеориты, а затем выталкивает их из толщи льда на поверхность, когда ледник тает.

Марсианское происхождение ALH 84001 было установлено в ходе анализа как минерального состава метеорита, так и изотопного состава воздуха, пузырьки которого остались заключены внутри ALH 84001. Около 15 миллионов лет назад крупный метеорит упал на Марс и с такой силой взметнул камни вверх, что некоторые из них достигли космоса148. Один из таких обломков, ALH 84001, упал на Землю около 13 000 лет назад. Радиометрический анализ показал, что этот метеорит состоит из пород возрастом 4 миллиарда лет, то есть относящихся к той эпохе, когда поверхность Марса была теплой и влажной, во многом напоминающей древнюю архейскую Землю. Вы уже в предвкушении открытий? И правда, в 1996 году был опубликован доклад научной группы под руководством Дэвида Маккея. В нем сообщалось об обнаружении полициклических ароматических углеводородов, карбонатных глобул и кристаллов магнетита – веществ, которые могут быть связаны с жизнедеятельностью и продуктами распада микроорганизмов. Более того, отмечалось, что в метеорите найдены окаменелости микрофоссилий (колоний бактерий)149. Находка оказалась поистине сенсационной!

 

Рисунок 27. Структуры, напоминающие бактерий, в метеорите ALH  84001

 

На одной пресс-конференции Билл Клинтон, в ту пору президент США, высказался об этом открытии: «Сегодня камень 84001 говорит с нами сквозь все эти миллиарды лет и миллионы миль. Он говорит о возможности жизни. Если это открытие подтвердится, оно, несомненно, станет одним из самых потрясающих открытий в нашей Вселенной из когда-либо сделанных наукой. Его последствия настолько масштабные и воодушевляющие, насколько только можно себе представить. И хотя оно обещает ответить на некоторые из наших давних вопросов, оно ставит и новые, еще более фундаментальные».

В научном сообществе разгорелась жаркая дискуссия: являются ли свидетельства древней жизни, обнаруженные в метеорите ALH 84001, достаточно убедительными? Если коротко, то нет. Хотя структуры и вещества, приводимые в качестве доказательств, и сопровождают некоторые биологические процессы, все они по отдельности могут иметь небиологическую природу150.

В 2000 году в Антарктиде нашли еще один марсианский метеорит – Yamato  000593. В нем также обнаружили структуры, имеющие отношение к биологической жизни, но опять же, каждую из них можно объяснить и геологическими процессами в древних марсианских горячих источниках151. Все это говорит лишь об одном: если вы хотите сделать громкое заявление, вы должны иметь на руках железные доказательства.

Марс на протяжении последних 500 лет был причиной многих научных споров: от обоснования гелиоцентрической картины Коперником до каналов Скиапарелли – Лоуэлла, а затем – таинственных метеоритов и следов метана в атмосфере. Он хитрил, интриговал, возбуждал воображение астрономов. Находящаяся на пике история поиска жизни на Марсе – ее свидетелями являемся и мы сегодня – показывает, как трудно добыть доказательства существования внеземной жизни, которые убедили бы всех.

Автоматические лаборатории на марсоходах и упавшие на Землю марсианские метеориты позволяют увидеть только часть головоломки. Для того чтобы окончательно ответить на вопросы о существовании жизни на Красной планете, необходимо доставить марсианский грунт на Землю и уже здесь самым тщательным образом его исследовать. Такие планы уже есть. Ожидается, что новый марсоход Perseverance, который уже летит к Марсу, поместит добытые им образцы марсианской породы в герметичные пробирки и оставит их на поверхности. Примерно в 2026 году, согласно предварительным договоренностям, должна стартовать объединенная миссия ЕКА и NASA, которая доставит эти образцы на Землю, – что и вовсе произойдет не раньше 2032 года.

 

* * *

 

Стартовав с Земли в октябре 1989 года, аппарат «Галилео» направился прямиком к Венере, ускорился в ее гравитационном поле, затем два раза обернулся вокруг Земли и только потом полетел к Юпитеру. Эти гравитационные маневры помогли существенно сэкономить топливо, хоть и увеличили время в пути. В ходе первого облета Земли на расстоянии около двух миллионов километров «Галилео» направил все свои приборы на нашу планету, чтобы посмотреть на нее как на инопланетный мир. Что мы смогли бы сказать об условиях на поверхности Земли? Распознали бы, что на этой планете есть жизнь? Эти эксперименты предложил и спланировал Карл Саган, задавшись вопросом, легко ли обнаружить жизнь на Земле из космоса. Основная идея состояла в том, что метаболизм живых существ меняет физико-химические характеристики планеты уникальным образом.

В 1993 году Саган и его коллеги опубликовали в Nature статью, посвященную этому вопросу152. Они писали, что «Галилео» обнаружил явные свидетельства обитаемости нашей планеты – мы бы сейчас назвали их биомаркерами. В их числе сильное поглощение света в красной области видимого спектра (за что ответственен хлорофилл в растениях), спектральные признаки присутствия молекулярного кислорода в атмосфере, инфракрасные спектральные линии, вызванные метаном в атмосфере, а также модулированные узкополосные радиопередачи определенно искусственного происхождения.

Облет нашей планеты «Галилео» был только первой частью запланированного эксперимента. Тогда как Земля полна жизнью, Луна, мы точно знаем, абсолютно безжизненна. Вторая часть эксперимента заключалась в том, чтобы исследовать Луну и попытаться найти на ней ложные свидетельства жизни. В 1992 году, совершая облет вокруг Луны, «Галилео» никаких доказательств жизни на Луне не обнаружил. Конечно, это вселяло надежду на то, что обитаемые планеты можно однозначно идентифицировать. Однако Вселенная опять оказалась не так проста.

Начать поиск экзопланет, пригодных для жизни, следует с составления каталога потенциально обитаемых экзопланет. К сожалению, мы не сможем учесть в этом каталоге спутники экзопланет. Когда пишутся эти строки, ни одной подтвержденной экзолуны еще не обнаружено.

Первоначальная оценка того, принадлежит ли планета к числу потенциально обитаемых, может быть сделана на основе значений ее массы и радиуса, типа родительской звезды и расстояния до нее. Если мы нашли каменистую планету, расположенную в зоне обитаемости, двигаемся дальше. Следующий шаг – определение состава атмосферы экзопланеты, чтобы понять, способна ли она поддерживать на своей поверхности воду в жидкой форме. На сегодняшнем этапе развития измерительной техники мы только-только подобрались к изучению экзопланетных атмосфер. Но если в будущем мы узнаем, что та или иная экзопланета способна поддерживать устойчивые резервуары с жидкой водой, это тоже не будет железным доказательством существования там жизни.

Надежным свидетельством наличия жизни, хотя и не стопроцентным, могут стать биомаркеры в атмосферах экзопланет и на их поверхностях. Безусловно, чем обильнее и многообразнее жизнь, тем сильнее ее влияние на планету, так что о чем более немногочисленной жизни идет речь, тем сложнее распознать ее следы из космоса. Но и отсутствие биомаркеров – не доказательство отсутствия жизни153.

В астробиологических исследованиях наиболее часто упоминается молекулярный кислород и его фотохимический продукт озон как один из лучших биомаркеров. Кислород – второй по массе газ в современной атмосфере Земли, он должен быть хорошо заметен в спектре планеты и, самое главное, практически весь производится фотосинтезирующими организмами. Но этот, казалось бы, идеальный биомаркер присутствует в атмосфере Земли в каких-либо заметных количествах лишь малую часть времени ее существования. После «кислородной катастрофы» на протяжении около 2 миллиардов лет он оставался на относительно низком уровне (даже меньше 1 % массы154), что делало его не самым легко обнаружимым газом в атмосфере. Также он может образовываться в результате некоторых не связанных с биологическими агентами реакций, например при разрушении ультрафиолетовым излучением молекул воды или углекислого газа. На Земле это происходит с очень низкой скоростью, поэтому богатая кислородом атмосфера не создается. Но на других планетах, если поверхностные условия на них и характеристики звезды способствуют фотолизу[86] углекислого газа, богатая кислородом атмосфера может появиться и без участия каких-либо живых организмов155.

Другой газ, присутствие которого часто рассматривается как биомаркер, – метан. Еще Карл Саган отмечал, что метан, в силу практически полного органического происхождения в условиях Земли, служит одним из свидетельств обитаемости нашей планеты. На Земле от 90 до 95 % метана имеет биологическое происхождение156, а оставшееся количество образуется в ходе различных геологических процессов (например, в срединно-океанических хребтах в результате химических реакций минералов с водой157). На том же Титане, на котором вряд ли удастся найти жизнь, похожую на земную, присутствуют абиогенные источники метана, которые не позволяют этому газу исчезнуть из атмосферы вот уже миллиарды лет.

Существуют и другие биомаркеры в атмосфере, например C 2 H 6, N 2 O, CH 3 Cl, CH 3 SH, но основную идею вы, надеюсь, поняли: наличие ни одного из них по отдельности не является надежным критерием присутствия на планете жизни. Но стоит очень внимательно присмотреться к планете, в атмосфере которой обнаружится два или более биомаркера одновременно. Особенно интересны сочетания молекулярный кислород – метан и углекислый газ – метан. Одновременное присутствие таких пар означает, что атмосфера планеты обладает сильными окислительными свойствами, а значит, не способствует образованию метана как наиболее стабильной формы углерода (например, на Титане очень мало углекислого газа). В этом случае метан должен постоянно поступать в атмосферу благодаря биологическим агентам или же за счет абиотических реакций в водной среде планеты.

На настоящий момент обнаружено всего несколько экзопланетных атмосфер. Чем больше планета и чем ярче ее родительская звезда, тем легче обнаружить и исследовать атмосферу. Поэтому все планеты, наличие атмосферы у которых не вызывает сомнений, принадлежат к классам от горячих юпитеров до мини-Нептунов.

Сегодня легче всего исследовать планеты у красных карликов. Возможно, в одной такой системе мы скоро найдем признаки жизни. Наверное, самым знаменитым открытием последних лет стала система планет у звезды Trappist- 1 в 39 св. годах от Солнца. Trappist- 1 – это красный карлик с массой, равной всего 0,08 M⊕, и радиусом, совсем ненамного превосходящим радиус Юпитера. Вокруг этой звезды обнаружено еще как минимум семь скалистых планет с массами, близкими к массе Земли, но располагающихся на орбитах намного меньших, чем радиус орбиты Меркурия.

Первоначальные исследования системы были выполнены с помощью наземного телескопа Trappist в 2016 году158. Более поздние и тщательные – через год с помощью космического телескопа «Спитцер»159. Планетная система Trappist- 1 оказалась очень необычной. Несмотря на низкую температуру звезды, всего 2 500 K, все планеты имеют близкие равновесные температуры, допускающие существование воды на их поверхностях. Шесть ближайших к звезде планет находятся во взаимных орбитальных резонансах друг с другом. Это может служить признаком миграции этих планет ближе к звезде в далеком прошлом.

В 2017 году было проведено моделирование атмосфер планет в широком диапазоне химических составов и давлений160, которые показали, что только планеты Trappist- 1 d, Trappist- 1 e, и Trappist- 1 f с наибольшей вероятностью имеют на поверхности резервуары с жидкой водой, причем планета Trappist- 1 e оказалась наиболее комфортной для возможной жизни из всех161. Когда телескоп «Джеймс Уэбб» наконец начнет проводить орбитальные исследования, одной из первых его задач, я уверен, будут исследования атмосфер планет Trappist- 1.

Одно из самых нашумевших событий осени 2019 года связано с транзитной планетой K 2-18 b 162. Она вращается вокруг красного карлика в 124 св. годах от Земли. Большинство обнаруженных «Кеплером» красных карликов оказывались достаточно тусклыми звездочками, что сильно затрудняло исследование их атмосфер. К счастью, родительская звезда K 2-18 b достаточно яркая, что позволило двум независимым командам ученых, комбинируя данные, полученные телескопами «Хаббл» и «Спитцер», обнаружить и исследовать газовую оболочку планеты. Неожиданно они получили данные, указывающие на наличие в атмосфере паров воды! Равновесная температура планеты равна –8 °C, а это значит, что теоретически на ее поверхности может существовать жидкая вода. Но есть и плохая новость: из-за своих размеров (2,6 R⊕) и массы (8,6 M⊕) эта планета отлично вписывается в класс мини-Нептунов163, так что вторым домом для нас она не станет.

 

 

Мы стоим на пороге грандиозных открытий. Сегодня человечество как никогда близко подобралось к ответу на вопрос, одни ли мы во Вселенной. Ожидается, что в первой половине 2020-х годов начнут работать сразу несколько телескопов нового поколения. Возможно, уже совсем скоро на какой-нибудь планете мы обнаружим несомненные признаки жизни.

Небольшой космический транзитный телескоп CHEOPS начал работать на орбите вокруг Земли в декабре 2019 года и уже совершил одну самую настоящую революцию. Мало кто заметил, но в 2019 году мы перешли от поиска новых экзопланет к изучению характеристик уже открытых. В основном речь идет об определении радиусов планет размером с Землю, суперземель и планет размером с Нептун, масса которых уже известна, а также об уточнении размеров известных транзитных планет.

Ожидается, что в октябре 2021 года[87] долгожданный телескоп «Джеймс Уэбб», самый большой из когда-либо созданных космических телескопов, с составным главным зеркалом размером 6,5 м, начнет изучать небо в инфракрасном диапазоне волн. Для ученых, занимающихся исследованиями экзопланет, это важно потому, что основной световой поток от планет приходится на переотраженный свет в инфракрасной области. Изучение характеристик этого света сделает возможным обнаружение и исследование атмосфер даже у скалистых суперземель.

Перелом в изучении экзопланет может наступить в 2025–2026 годах. В 2025 году в Чили «первый свет» должен увидеть телескоп ELT с радиусом зеркала 39,3 м. Благодаря своим размерам и первоклассным инфракрасным спектрографам HARMONI и METIS он станет революционным аппаратом для прямой визуализации экзопланет. Его инструменты позволят получать дневные и ночные спектры газообразных экзопланет и даже изучать погодные условия на планетах-гигантах.

А в 2026 году начнется миссия PLATO. Как и CHEOPS, этот космический телескоп сосредоточится на изучении уже открытых экзопланет. Его целью станет определение характеристик скалистых планет, находящихся в зоне обитаемости у звезд солнечного типа. Также он сможет оценивать атмосферные характеристики этих планет.

 

* * *

 

В рамках этой книги я сознательно опустил обсуждение поиска разумной жизни в нашей галактике. Мне представляется, что эта область знания сейчас слишком спекулятивна и зависит по большей части от личных предпочтений ученых. Сегодня космос видится нам безжизненным и лишенным любых форм цивилизации, кроме человеческой. Эта пустота пугает. Кажется, есть какая-то страшная загадка в этом Великом молчании. Возможно, нам просто повезло. На сотнях миллиардов планет, может, и были запущены одни и те же механизмы, но всякий раз возникали непреодолимые препятствия: произошла сильная вспышка на родительской звезде; упал метеорит; какая-то форма жизни случайно уничтожила биосферу; быть может, разумные существа истребили сами себя или же никак не могут уйти от аналога нашего каменного века. Не исключено, что доля везения, выпавшая Земле, оказалась больше, чем любому другому миру. А может, мир полон инопланетян, но они от нас скрываются и играют в свои странные, непонятные нам игры. В этой искрящейся многообразием Вселенной возможно все.

Работая над этой книгой, я не ставил перед собой цели дать вам, дорогие читатели, простые ответы на сложные вопросы. Я надеялся распахнуть перед вами окно в мистерию умопомрачительных расстояний, огромных промежутков времени и красоты, торжествующей во Вселенной. Если этой ночью вы долго не сможете заснуть, размышляя о далеких планетах, я буду считать, что у меня получилось.

 

 

Список источников

 

1 Conselice C. J., et al. The evolution of galaxy number density atz< 8 and its implications // The Astrophysical Journal. 2016. 830(2), 83.

2 Zhu W., et al. About 30 % of Sun-like Stars Have Kepler-like Planetary Systems: A Study of Their Intrinsic Architecture // The Astrophysical Journal. 2018. 860(2), 101.

3 Heath T. Aristarchus of Samos: The Ancient Copernicus. Oxford: Clarendon Press, 1913.

4 Gingerich O. Alfonso The Tenth as a Patron of Astronomy. In Alfonso X of Castile the Learned King (1221–1284), ed. Francisco Marquez-Villanueva and Carlos Alberto Vega. Cambridge, Mass.: Harvard University Press, 1990.

5 Lauretta D. S., et al. Episodes of particle ejection from the surface of the active asteroid (101955) Bennu // Science. 2019. 366(6470).

6 Saiki T., et al. Small carry-on impactor of Hayabusa 2 mission // Acta Astronautica. 2013. 84, 227–236.

7 Swedenborg E. (Principia) Latin: Opera Philosophica et Mineralia (English: Philosophical and Mineralogical Works). 1734.

8 Kant I. Allgemeine Naturgeschichte und Theorie des Himmels, 1755.

9 Laplace P.-S. Exposition du systeme du monde, 1776.

10 Сафронов В. С. Эволюция допланетного облака и образование Земли и планет. М.: Наука, 1969.

11 Montmerle T., et al. Solar System Formation and Early Evolution: the First 100 Million Years // EM&P. 2006. 98, 39–95.

12 Bouvier A., Wadhwa M. The age of the Solar System redefined by the oldest Pb – Pb age of a meteoritic inclusion // Nature Geoscience. 2010. 3(9), 637–641.

13 Clark P. C., et al. Star formation in unbound giant molecular clouds: the origin of OB associations // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2005. 359(3), 809–818.

14 Blum J., Wurm G. The Growth Mechanisms of Macroscopic Bodies in Protoplanetary Disks // Annual Review of Astronomy and Astrophysics. 2008. 46(1), 21–56.

15 Kouchi A., et al. Rapid Growth of Asteroids Owing to Very Sticky Interstellar Organic Grains // The Astrophysical Journal. 2002. 566(2), L121–L124.

16 Youdin A. N., Goodman J. Streaming Instabilities in Protoplanetary Disks // The Astrophysical Journal. 2005. 620(1), 459–469.

17 Weidenschilling S. J. Aerodynamics of solid bodies in the solar nebula // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 1977. 180(2), 57–70.

18 Bae J., Zhu Z. Planet-driven Spiral Arms in Protoplanetary Disks. I. Formation Mechanism // The Astrophysical Journal. 2018. 859(2), 118.

19 Boccaletti A., et al. Possible evidence of ongoing planet formation in AB Aurigae // Astronomy & Astrophysics. 2020. 637, L5.

20 Boley A. C., et al. Clumps in the outer disk by disk instability: Why they are initially gas giants and the legacy of disruption // Icarus. 2010. 207(2), 509–516.

21 Helled R., Podolak M., Kovetz A. Planetesimal capture in the disk instability model // Icarus. 2006. 185(1), 64–71.

22 Williams J. P., Cieza L. A. Protoplanetary Disks and Their Evolution // Annual Review of Astronomy and Astrophysics. 2011. 49(1), 67–117.

23 Наука Ренессанса. Триумфальные открытия и достижения естествознания времен Парацельса и Галилея. 1450–1630 // Боас Холл Мари. Пер. с англ. Л.А. Игоревского. – М.: Центрполиграф, 2014.

24 Данилов Ю. А., Смородинский Я. А. Иоганн Кеплер: от «мистерии» до «гармонии» // УФН. 1973. № 109. С. 175–209.

25 Drake S. Galileo at Work: His Scientific Biography. University of Chicago Press, 1979.

26 Предтеченский Е. А. Галилео Галилей. Его жизнь и научная деятельность. СПб.: типография Высочайше утвержденного товарищества «Общественная польза», 1891.

27 ALMA Partnership et al. The 2014 ALMA Long Baseline Campaign: First Results from High Angular Resolution Observations toward the HL Tau Region // The Astrophysical Journal Letters. 2015. 808(1), L3.

28 Kahanamoku S., et al. A Native Hawaiian-led summary of the current impact of constructing the Thirty Meter Telescope on Maunakea. Submitted to the National Academy of Sciences Decadal Survey on Astronomy and Astrophysics (Astro2020). Panel on the State of the Profession and Societal Impacts (SoP).

29 Kraus A. L., Ireland, M. J. LkCa 15: A Young Exoplanet Caught at Formation? // The Astrophysical Journal. 2012. 745(1).

30 Ribas I., et al. A candidate super-Earth planet orbiting near the snow line of Barnard’s star // Nature. 2018. 563(7731), 365–368.

31 Struve O. Proposal for a project of high-precision stellar radial velocity work // The Observatory. 1952. 72, 199–200.

32 Hewish A., et al. Observation of a Rapidly Pulsating Radio Source // Nature. 1968. 217(5130), 709–713.

33 Pilkington J. D. H., et al. Observations of some further Pulsed Radio Sources // Nature. 1968. 218(5137), 126–129.

34 Wolszczan A., Frail D. A. A planetary system around the millisecond pulsar PSR1257 + 12 // Nature. 1992. 355(6356), 145–147.

35 Downs G. S. Interplanetary Navigation Using Pulsating Radio Sources. NASA Tech. Rep. 74N34150 (JPL Tech. Rep. 32-1594), Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, CA, USA. 1974.

36 Witze A. NASA test proves pulsars can function as a celestial GPS // Nature. 2018. 553(7688), 261–262.

37 Shemar S., et al. Towards practical autonomous deep-space navigation using X-Ray pulsar timing // Experimental Astronomy. 2016. 42, 101–138.

38 Эйнштейн А., Инфельд Л. Эволюция физики. М.: АСТ, 2018.

39 Herschel W. (n.d.). Experiments on the Refrangibility of the invisible Rays of the Sun // The Scientific Papers of Sir William Herschel. 1800. 70–76.

40 Wollaston W. H. A Method of Examining Refractive and Dispersive Powers, by Prismatic Reflection // Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 1802. 92(0), 365–380.

41 Fraunhofer J. First as lectures to the Munich Academy of Sciences in 1814 and 1815, printed in: Denkschriften der Münch. Akademie der Wissenschaften. 1817. 5, 193–226.

42 Kirchhoff G. Uber den Zusammenhang zwischen Emissionund Absorption von Licht und Warme // Monatsberichte der Akademie der Wissenschaften zu Berlin, sessions of Dec. 1859. 1860. 783–787.

43 Fizeau H. Sur les hypothèses relatives à l’éther lumineux, et sur une expérience qui paraît démontrer que le mouvement des corps change la vitesse avec laquelle // Annales de chimie et de physique. 1870. 19(4), 211.

44 Huggins W. XXI. Further observations on the spectra of some the stars and nebulae, with an attempt to determine therefrom whether these bodies are moving towards or from the earth, also observations on the spectra of the sun and of comet II., 1868 // Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 1869. 158(II), 529.

45 Griffin R. F. A photoelectric radial-velocity spectrometer. The Astrophysical Journal. 1967. 148, 465–476.

46 Andersen J. et al. Radial velocities of southern stars obtained with the photoelectric scanner CORAVEL. III – 790 late-type bright stars // Astronomy and Astrophysics Supplement Series. 1985. 59, 15–36.

47 Griffin R. R. Accurate Wavelengths of Stellar and Telluric Absorption Lines Near 7000 A // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 1973. 162(3), 255–260.

48 Campbell B., Walker G. A. H. Precision radial velocities with an absorption cell // PASP. 1979. 91, 540–545.

49 Campbell B., Walker G. A. H., Yang S. A search for substellar companions to solar-type stars // The Astrophysical Journal. 1988. 331, 902–921.

50 Latham D. W., et al. The unseen companion of HD114762: a probable brown dwarf // Nature. 1989. 339(6219), 38–40.

51 Patience J., et al. Stellar Companions to Stars with Planets // The Astrophysical Journal. 2002. 581(1), 654–665.

52 Kane S. R., Gelino, D. M. Distinguishing between stellar and planetary companions with phase monitoring // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2012. 424(1), 779–788.

53 Kiefer F. Determining the mass of the planetary candidate HD 114762 b using Gaia // Astronomy & Astrophysics. 2019. 632, L9.

54 Mayor M., Queloz D. A Jupiter-mass companion to a solar-type star // Nature. 1995. 378(6555), 355–359

55 Dawso