В новом выпуске программы StarTalk астрофизик Нил Деграсс Тайсон и профессор Колумбийского университета Дэвид Киппинг обсуждают современные методы поиска экзопланет, природу «прохладных миров» и то, почему поиск жизни за пределами Солнечной системы требует здорового научного скептицизма. Дэвид Киппинг, возглавляющий лабораторию Cool Worlds, объясняет, почему большинство известных нам планет — это «раскаленные Юпитеры» и какие технологические прорывы позволят нам заглянуть в атмосферы обитаемых миров в ближайшие годы.
❄️ Лаборатория «Cool Worlds»: почему астрономов тянет в холод 1:05
Название лаборатории Дэвида Киппинга в Колумбийском университете — Cool Worlds — имеет двойной смысл. С одной стороны, это дань сленговому значению слова (классные, потрясающие миры), с другой — прямое указание на научный интерес команды к планетам с низкой температурой поверхности . По словам Киппинга, большинство обнаруженных на сегодняшний день экзопланет находятся очень близко к своим звездам и потому раскалены. Однако именно «прохладные» миры, расположенные на значительном удалении, представляют наибольший интерес, так как там возможно существование жидкой воды .
Интерес к таким объектам обусловлен не только поисками жизни. Как отмечает Киппинг, в прохладных зонах систем можно найти настоящую «экзотику»:
- Ледяные кольца, подобные кольцам Сатурна.
- Экзолуны (спутники планет за пределами Солнечной системы).
- Троянские экзопланеты (планеты, разделяющие одну орбиту) .
🔭 Проблема «ошибки выжившего» в астрономии 4:00
Нил Деграсс Тайсон поднял вопрос о так называемой «предвзятости обнаружения» (detection bias). Это научный эквивалент поиска ключей под фонарем только потому, что там светло .
Киппинг подтверждает: наше текущее представление о том, что космос заполнен планетами-жаровнями, — лишь следствие ограниченности методов наблюдения . Самый успешный метод поиска — транзитный (наблюдение за падением яркости звезды при прохождении планеты перед ее диском) — гораздо эффективнее работает для объектов, находящихся вплотную к светилу. Вероятность геометрического выравнивания планеты, звезды и земного наблюдателя резко падает с увеличением расстояния между ними .
⚖️ Физические пределы: насколько большой может быть планета? 7:29
Обсуждая размеры небесных тел, Дэвид Киппинг пояснил фундаментальный закон физики газовых гигантов: если вы начнете добавлять массу Юпитеру, он не будет бесконечно расти в размерах .
- Эффект сжатия: Из-за огромной гравитации дополнительные порции газа просто сильнее сжимают недра планеты. Она становится плотнее, но ее физический радиус почти не меняется или даже слегка уменьшается .
- Граница синтеза: Чтобы объект превратился в звезду, в его ядре должен начаться термоядерный синтез водорода. Это происходит при достижении массы примерно в 80 масс Юпитера .
- Температурный фактор: Единственный способ сделать планету физически больше — это нагреть ее. Газовые гиганты, находящиеся вплотную к горячим звездам, «раздуваются» и могут достигать 170% радиуса Юпитера .
Киппинг также упомянул гипотетические планеты из темной материи. По некоторым моделям, они могли бы быть размером больше Солнца, обладая при этом массой всего в несколько масс Земли, однако это крайне экстремальная и пока не подтвержденная гипотеза .
🛰️ Статистика Кеплера: газовые гиганты в обитаемой зоне 14:20
Данные телескопа «Кеплер» позволили ученым скорректировать «ошибку наблюдателя» и составить реальную статистику распространенности планет. Выяснилось, что газовые гиганты в зоне обитаемости — не редкость .
- Около 50% звезд солнечного типа (типы F, G, K) имеют газовые планеты в умеренной температурной зоне .
- Эти планеты (мини-Нептуны, Сатурны, супер-Юпитеры) не имеют твердой поверхности, но могут обладать обитаемыми лунами .
Киппинг предполагает, что во Вселенной может быть больше обитаемых лун, чем обитаемых планет . Нил Деграсс Тайсон добавил, что вид с такой луны на гигантскую планету в ночном небе был бы гораздо эффектнее, чем вид на Луну с Земли .
🌑 TrES-2b: планета чернее угля 24:23
Одним из самых необычных объектов в каталогах является экзопланета TrES-2b. Киппинг называет ее «самым темным миром», сравнивая с богом тьмы Эребом .
- Отражательная способность: Планета отражает меньше света, чем уголь или черная акриловая краска .
- Метод измерения: Ученые узнали об этом, измерив «вторичное затмение» (оккупацию), когда планета проходит за звездой. Сравнивая общий свет системы «звезда + планета» со светом одной только звезды, астрономы вычислили, что планета практически не отражает фотоны .
🔬 Чему астрономы научились у двойных звезд 29:54
Современная охота за экзопланетами — это прямое продолжение методов, разработанных для изучения затменных двойных звезд еще в середине XX века. Киппинг цитирует астронома Генри Норриса Рассела, который в 1953 году назвал затмения «королевской дорогой к успеху» .
Используя транзиты, ученые могут:
- Измерять сплюснутость: Определять, является ли планета идеальной сферой или она вытянута, как мяч для регби .
- Анализировать атмосферу: Свет звезды проходит через края атмосферы планеты. Разные газы поглощают свет на разных длинах волн. Например, из-за рэлеевского рассеяния атмосфера Земли казалась бы инопланетному наблюдателю больше в синем спектре, чем в красном .
- Искать химические маркеры: Выявлять наличие кислорода, метана, азота и углекислого газа .
🚀 Будущее: TRAPPIST-1 и новые телескопы 38:52
В ближайшие годы научное сообщество ожидает прорывов от нескольких миссий:
- JWST (Джеймс Уэбб): Сейчас он наблюдает систему TRAPPIST-1 с семью планетами размером с Землю . Телескоп способен обнаружить атмосферу, богатую CO2 (как на ранней Земле) или метаном, хотя найти кислород ему будет крайне сложно .
- PLATO (ЕКА): Запуск планируется на 2026 год. Это будет «Кеплер на стероидах» для поиска планет у ярких звезд .
- WFIRST (Nancy Grace Roman Space Telescope): Телескоп, созданный на базе подаренного НАСА разведывательного спутника. Он будет использовать гравитационное микролинзирование для поиска тысяч объектов .
- Vera Rubin (LSST): Поможет искать каменистые планеты и астероиды вокруг белых карликов — останков звезд, подобных нашему Солнцу .
🧬 Осторожно, биосигнатуры! 42:22
Киппинг предупреждает: если завтра ученые объявят об обнаружении биосигнатуры на экзопланете, первой реакцией должно быть не ликование, а скептицизм .
Он приводит в пример недавнюю историю с фосфином на Венере. Несмотря на первоначальные заявления о признаках жизни, сигнал оказался спорным, а его интерпретация — неоднозначной . Киппинг подчеркивает, что природа может имитировать биосигнатуры с помощью абиотических процессов, и пройдут десятилетия дебатов, прежде чем мы сможем с уверенностью сказать: «Мы не одни» .
