Самая близкая к Земле экзопланета на прошлой неделе была обнаружена в созвездии Кассиопеи. Планета HD 219134b принадлежит к классу "суперземля". По оценкам NASA, она в 1,6 раза крупнее Земли по объему, однако не пригодна для жизни. О том, почему обнаруженная планета представляет собой большой научный интерес, есть ли шансы в ближайшее время найти "близнеца Земли" и почему для этого необходимо знать массу планеты, в интервью руководителю представительства "Россия сегодня" в Швейцарии Елизавете Исаковой рассказал один из первооткрывателей HD 219134b, глава кафедры астрономии университета Женевы, профессор астрофизики Стефан Удри (Stéphane Udry).
— Расскажите подробнее про обнаружение экзопланеты в системе Кассиопея, почему она представляет такой большой интерес для изучения?
— Система, которая была обнаружена, очень интересна с многих точек зрения. Основная, конечно же, это использование метода транзитной фотометрии (метод обнаружения экзопланет — ред). Он заключается в том, что планета, расположенная на внутренней орбите, проходит перед звездой и прячет, создавая маленькое затмение, свет от звезды, так что мы можем получить намек на размер планеты, на ее радиус. И мы измерили колебания положения звезды, вызываемые взаимодействием с вращающейся вокруг нее планетой и получили ее массу и плотность. Она имеет плотность, сравнимую с плотностью Земли.
Другой аспект заключается в том, что существует не только одна планета, но их четыре в системе. Еще три маленькие, массой в десять раз меньше Земли на внутренней орбите, и один большой газовый гигант на внешней орбите.
Третий аспект — это то, что это самая близкая система к нам. Она находится на расстоянии в 21 световой год. Самая близкая звезда, у которой есть система планет, — это Проксима Центавра и система Проксимы Центавра. Она находится на расстоянии трех световых лет.
Вторая ближайшая система расположена на расстоянии в шесть световых лет. И третья — на расстоянии в 21 световой год.
И это расстояние делает ее, возможно, одной из самых ярких звезд на небе. Но все равно необходимо обладать большой удачей, чтобы увидеть эти затмения, увидеть, как планета проходит перед звездой. Если вы посмотрите на вероятность происхождения таких событий, то вы поймете, что это самая близкая система, где мы увидели астрономический транзит, с помощью которого мы можем измерить плотность планеты в сравнении с Землей.
— В системе обнаружено четыре планеты, это все экзопланеты или только HD 219134b?
— Да, все они экзопланеты, которые вращаются вокруг одной звезды. Там три планеты класса "суперземля". Одна совершает оборот вокруг звезды за три дня, другая за семь дней и еще одна за 46 дней. Гигантская планета совершает обращение вокруг звезды более чем за тысячу дней.
— И все они могут быть пригодны для жизни?
— Нет. Потому что те, что вращаются по внутренней орбите, слишком близки к звезде. Так что температура там, судя по плотности, около 700 градусов по Цельсию. Это такие лавовые миры с очень сильным гравитационным полем из-за близости к звезде. Обнаруженная планета, скорее всего, страдает от гравитационных полей, там есть много вулканов, так что она больше похожа на то, как представляют себе ад, и совсем не пригодна для жизни человека.
— Может ли существовать жизнь на других планетах системы?
— Есть две основные техники обнаружения планеты для жизни, особенно для малых планет. Одна из них — это лучевая скорость. Вы измеряете скорость изменения расстояния между звездой и планетой и, таким образом, получаете доступ к массе планете. Используя эту технику, мы определили несколько кандидатов, которые вращаются вокруг звезд, похожих на Солнце, на правильном расстоянии от звезды и обладают правильной температурой для возможности существования на поверхности жидкой воды. Эти планеты мы называем жизнепригодными.
Но, конечно, все зависит и от атмосферы. Если на планете густая атмосфера, как на Венере, будет создаваться эффект парника и температура на поверхности будет выше. И если совсем нет атмосферы, планета также становится не жизнепригодной.
Так что для получения хотя бы намека на жизнепригодность, нам необходимо знать массу, и мы должны знать плотность планеты, которая позволит вам понять, есть ли там большая атмосфера или нет.
Две основные техники — лучевая скорость и транзитная фотометрия. Оба метода обнаружили несколько кандидатов в обитаемой зоне звезд, однако у нас нет таких планет-кандидатов, которые были бы обнаружены с помощью обоих методов.
Сейчас в науке произошли значительные изменения и появился спектрограф нового поколения для исключительно четкого определения скорости звезды и обнаружения планет, подобных Земле, в пределах обитаемой зоны звезды. Этот инструмент называется "Эспрессо". Его установят в следующем году на Очень Большой Телескоп (ОБТ) в Чили (VLT, Very Large Telescope — комплекс из четырех отдельных 8,2-метровых оптических телескопов, объединенных в одну систему, построенную и управляемую Европейской южной обсерваторией — ред.).
В то же время мы хотим подтвердить открытие и с помощью метода транзитной фотометрии, но для этого нам надо выходить в космос. Европейское комическое агентство разрабатывает космический телескоп, который называется "Хеопс" (CHEOPS, космический телескоп, предназначенный для поиска и изучения экзопланет — ред.). Эти разработки возглавляет Швейцария. И цель — посмотреть на транзит известных планет, чтобы лучше увидеть транзитную кривую. Это позволит нам четче определить радиус и плотность планеты.
А через 10 лет ЕКА также запустит космический телескоп для миссий по обнаружению звезд среднего класса. Он называется PLATO (PLAnetary Transits and Oscillations of stars). И PLATO осмотрит большинство желтых и оранжевых карликов на небе.
Идея заключается в том, чтобы объединить все известные техники обнаружения планет на одной яркой звезде. Чтобы мы получили массу, плотность, радиус — все на одном объекте. И, надеюсь, он будет находиться в пределах обитаемой зоны звезды. Так что мы на этом пути, проект развивается, и каждый шаг в нем является очень важным.
На прошлой неделе НАСА объявило, что космический телескоп "Кеплер" заметил транзит чего-то, что было больше Земли, но перед звездой, схожей с Солнцем. Это еще одна планета в пределах обитаемой зоны звезды. Но у нас есть только ее размер — планета в 1,6 раза крупнее Земли. С помощью метода лучевой скорости мы обнаружили другого кандидата, но у нас есть только его масса. Когда у нас будут обе характеристики, мы узнаем гораздо больше.
— То есть вы сможете сказать, есть ли на планете атмосфера?
— Так точно.
— А каков был вклад Швейцарии, вашего института в открытие HD 219134b?
— 12 лет назад мы разработали спектрограф ЕКА, который называется HARPS. Это самый точный на сегодняшний день измеритель скорости звезды и, таким образом, массы малых планет в системе.
Поскольку мы хотим совмещения методов лучевой скорости и транзитной фотометрии, мы построили копию HARPS, чтобы можно было повторно изучать звезды, обнаруженные с помощью телескопа "Кеплер". Эти звезды очень дальние, так что это тяжело. Но есть несколько достаточно ярких, и мы можем начать изучать их плотность.
И Швейцария руководит консорциумом, который обнаружил эту систему (вокруг звезды в созвездии Кассиопеи — ред.). И когда мы ее обнаружили, то увидели, что одна из планет звезды совершала свой трехдневный астрономический транзит. Мы решили, что это может быть астрономический транзит и попросили использовать телескоп "Спитцер" NASA. Оказалось, что планета действительно совершает транзит. И это был тот результат, о котором мы объявили.
— То есть вы были первыми, кто открыл эти планеты?
— Да, мы были первыми, кто обнаружил планетарную систему, и мы использовали телескоп "Спитцер", чтобы подтвердить астрономический транзит. Когда я говорю "мы", я говорю про консорциум HARPS-N, который возглавляет Женева. У нас есть также коллеги из Португалии, Великобритании, Италии. Это международное сотрудничество. И Женева является центром всего потому, что 30 лет назад именно здесь моими коллегами Мишелем Майор и Дидье Кело была обнаружена первая экзопланета. С тех пор мы улучшаем наш инструментарий, чтобы снизить массу и получить возможность обнаруживать планеты с меньше массой. И сейчас мы строим спектрограф нового поколения для ОБТ "Эспрессо". Он находится в нашем здании, мы сейчас проводим тесты, которые продолжатся до конца года. И через год, я надеюсь, он будет смотреть на небо. Его установят на восьмиметровый телескоп в Чили.
Мы также отвечаем за телескоп "Хеопса" на Земле. А также за измерения массы звезд и планет-кандидатов, которые обнаружит PLATO. Потому что без массы вы не получите плотность планеты и не достигнете цели миссии. Так что мы отвечаем и за метод лучевой скорости, и за метод транзитной фотометрии.
— Вы сказали, что это международный консорциум, а с Россией вы сотрудничаете?
— Швейцария — маленькая страна. Мы участвуем в космических исследованиях в основном на платформе ЕКА. Это орбитальный космический телескоп ISO (Инфракрасная космическая обсерватория — ред.). К сожалению, Россия не является участником этой программы, поэтому у нас нет прямого сотрудничества по этим темам. Но у меня есть коллеги в Женеве, которые сотрудничают с РФ в области астрофизики, а также коллеги в Берне, которые взаимодействуют с Россией в области исследования Солнечной системы.
Так что Швейцария сотрудничает с Россией, но не в области обнаружения и изучения экзопланет.
— "Эспрессо" начнет работу через год, а что вы собираетесь обнаружить с его помощью? Вы сможете определять только массу планеты?
— Масса очень важна. Если у вас есть только размер, то этого недостаточно, так как есть много космических тел размером с Землю. В том числе звезды-карлики, которые находятся на исходе своей жизни. И масса очень важна для определения гравитации. А гравитация важна для обнаружения атмосферы. Так что, если вы хотите изучать атмосферу, вам необходимо знать массу планеты.
Вообще, основная цель здесь в понимании строения планеты в целом. И когда мы обнаружим планету в пределах обитаемой зоны звезды, мы должны быть уверены в том, что мы правильно поймем все данные и сможем узнать ее ландшафт. Масса — это ключевой параметр для планеты. Но при этом только знание о массе планеты вам не поможет.
Следующий шаг для нас — это обнаружение планет-кандидатов для определения характеристик атмосферы. Мы хотим посмотреть на химический состав атмосферы. Когда происходит астрономический транзит, то вы наблюдаете свет звезды, который проходит через атмосферу планеты в нашу сторону. И почерк химического состава в атмосфере будет влиять на свет звезды. Это крошечный сигнал, но мы можем его обнаружить.
На данный момент мы можем это определить только с гигантскими планетами, потому что у них большая атмосфера, и это проще. И мы делаем это с Земли, используя четырехметровые телескопы. Европейцы и американцы сейчас разрабатывают новые поколения гигантских телескопов, размером в 40 метров. Они будут доступны через десять лет. Мы надеемся, что тогда мы сможем начать оценивать характеристики атмосферы уже меньших планет.
Возможно, используя схожую технологию, мы сможем также получать информацию об атмосфере планет-кандидатов с помощью космического телескопа "Джеймс Вебб" из космоса. Ну а следующий шаг — это прямая визуализация с помощью космического телескопа. Но это задел на далекое будущее.
— Значит, шанс на обнаружение планеты, схожей с Землей, есть?
— Я в этом убежден. Когда вы посмотрите на статистику по данным орбитального космического телескопа "Кеплер", то поймете, что он постоянно изучает 150 тысяч звезд и, следовательно, планет, которые проходят перед звездой. Без знания об их массе, конечно, нам тяжело, но у нас, по крайней мере, есть идея того, сколько этих планет. Мы полагаем, что количество малых планет в обитаемых зонах рядом со звездами, как Солнце, составляет 20-25%.
— Есть еще и шанс, что мы не одни во Вселенной?
— Это что касается существования планет. Что касается жизни — это другой вопрос. Но я уверен, что она существует. Потому что все основные составляющие жизни созданы в звездах — атомы, водород, кислород. Эти элементы должны быть везде. Конечно, тропинка, которая приводит к развитию жизни, может быть довольно сложной, и жизнь может не всегда зарождаться. Но я не говорю сейчас о разумной жизни.
Речь о простой жизни. И это тот вопрос, на который надо найти ответ.
Если мы проанализируем химический состав атмосферы планеты, мы сможем поискать и биологические следы. Такие как озон или кислород в больших количествах, как на Земле. Мы знаем, что они производятся жизнью. Если мы полностью уберем жизнь с планеты, через несколько миллионов лет в атмосфере не будет кислорода. А в астрономии это очень короткий промежуток времени.
Я думаю, что у нас будут возможности для обнаружения потенциально жизнепригодных планет и планет, на которых есть жизнь. И это те планеты, до которых мы хотим добраться. Но это очень долгая дорога. Мы говорим о полувеке или даже больше. Но каждое открытие сегодня — это кирпичик, на котором строится наша дорога.
