«Джеймс Вебб» и другие | Сера в космосе | Где связь?
Идея найти в космосе разумные цивилизации или хотя бы бактерии, или хотя бы просто планеты, развитие которых благоприятно для появления бактерий в космическом будущем, не оставляет ученых. Любопытную концепцию поиска внеземных цивилизаций или просто признаков жизни предложил Гарвард-Смитсонианский институт астрофизики в США. Американские ученые решили оттолкнуться от извержений вулканов на твердых планетах вне Солнечной системы. Астроном Лиза Калтинеггер вместе с коллегами из Гарварда Уэйдом Хеннингом и Димитаром Саселовым разработали модель, позволяющую определить, что на экзопланете есть активная вулканическая деятельность, – а затем уже судить о том, насколько вероятно появление на ней жизни.
Каким образом, вообще, ведется поиск планет вне Солнечной системы? Какие аппараты позволяют нам отсюда, с Земли, судить о том, у каких звезд есть планеты? Речь идет, в первую очередь, о снимках неба, сделанных космическими телескопами. Поиском экзопланет занимаются, в частности, недавно выведенные на орбиту телескопы «Кеплер» (запущен NASA в марте 2009 года) и «Гершель» (запущен ESA в мае 2009 года). В 2014 году ожидается запуск космического телескопа «Джеймс Вебб» – совместного детища NASA, ESA и канадского CSA. Сейчас «Гершель» – крупнейший телескоп, выведенный в космос, если оценивать по диаметру зеркала (3,5 м). Основное зеркало «Джеймса Вебба» еще больше – 6,5 м. Такие крупные зеркала позволяют улавливать свет от звезд и оценивать изменение яркости звезд, когда обращающиеся вокруг них планеты проходят на их фоне и их частично затмевают. Чем крупнее зеркало, тем точнее оно сможет уловить разницу. А это при сложных математических подсчетах, сходных, на мой взгляд, с черной магией, позволяет сделать вывод о существовании у звезды планет. Астрономы рассчитывают с помощью «Кеплера» отыскать среди примерно 170 000 звезд не менее 50 экзопланет, по размерам и температуре сходных с Землей. И вот теперь представьте себе, что по этой информации о разнице в световом сигнале нужно вычислить, есть ли на этих планетах вулканы. Кажется невозможным, правда? Как мне сказала Лиза Катлинеггер, пока астрономы не могут получить необходимую для расчетов информацию. Они ждут запуска «Джеймса Вебба», с которым, по расчетам, можно будет определить извержение размером от 10 до 100 размеров извержений Пинатубо – это действующий вулкан на острове Лусон на Филиппинах, взорвавшийся в 1991 году после 611 лет бездействия и выбросивший за несколько дней в воздух 10 кв. км горных пород. Речь пока идет о ближайших звездах вроде похожей на Солнце Альфы Центавра. Пока телескоп не запущен в космос, астрономы разрабатывают методику обработки будущих данных. В ближайшем номере Astrophysical Journal будет опубликована статья об этой работе.
Во время извержения в воздух выбрасываются дым и различные газы, поэтому вулканическая активность на твердой экзопланете может оставлять следы. Но чтобы заметить их, нужно что-то действительно землетрясущее, то, что выбросит в атмосферу планеты множество газов, которые будут видны в световом сигнале. И нужно знать, какие газы искать. Проанализировав данные о земных вулканах, гарвардские астрономы обнаружили, что среди прочего имеет смысл искать диоксид серы. При обширном взрывном извержении выбрасывается его в воздух много, и он медленно оттуда вымывается. К примеру, извержение Пинатубо на Филиппинах выбросило в стратосферу около 17 млн т диоксида серы, заполнив им слой воздуха от 10 до 48 км над земной поверхностью. Тогда над всем миром на несколько месяцев повис слой сернокислотного тумана, было зарегистрировано падение температуры на 0,5°C и сокращение озонового слоя, в том числе, в нем образовалась крупная дыра над Антарктидой. Такие изменения в атмосфере можно увидеть в крупный космический телескоп. Но гигантские извержения нечасты, и астрономам придется годами наблюдать за твердыми планетами размером с Землю. Но на планете более юной, чем наша, вулканы могут быть значительно активнее. По мнению Хеннинга, однажды обнаружив вулканическую активность на экзопланете, в дальнейшем можно сосредоточиться на ней и уже отслеживать частоту извержений. «Поймать» следы диоксида серы астрономы могут с помощью технологии, известной как «второе затмение» (secondary eclipse). Когда экзопланета проходит позади своей звезды по отношению к наблюдателю, астрономы регистрируют свет только звезды, а затем вычитая его из света системы, получают сигнал от самой планеты, и его можно исследовать на предмет конкретных молекул. Пока, благодаря близости, лучшая площадка для наблюдений – большая планета, обращающаяся вокруг Альфы Центавра. К сожалению, говорят астрономы, от любой твердой планеты на расстоянии меньше 30 световых лет от нас следов вулканической деятельности ждать не приходится.
Увидев сообщение об этом исследовании, я задалась вопросом: как вулканическая деятельность на экзопланетах связана с тем, есть ли на них жизнь? После разговора с Лизой Катлинеггер выяснилось, что, с научной точки зрения, вопрос надо ставить немного иначе, а именно: все ли твердые планеты существуют и эволюционируют, как Земля, и все ли они проходят те же самые фазы развития. Вероятно, на ранней Земле было много вулканической активности, и такую же картину стоит искать для планет, на которых в будущем (с поправкой на скорость света, с которой до нас доходит сигнал от звезд) может появиться жизнь. Ученые предполагают, что вулканическая активность помогает поддерживать температуру планеты в хорошем для развития разнообразных форм жизни диапазоне. В таком случае именно вулканы вывели нашу планету из состояния снежного кома и стали, в конечном итоге, причиной появления человеческой цивилизации. Поэтому если мы сможем обнаружить вулканы на других планетах, мы выясним, похожи ли они на нашу планету на ее ранней стадии развития. А если вдруг окажется, что на этой планете уже есть жизнь в развитой форме – цивилизация, умеющая летать на аппаратах тяжелее воздуха, – будет невероятно интересно узнать у них, как они справляются с полетами, когда вулканы выбрасывают в воздух пепел. Как это было на Земле, когда исландский вулкан заблокировал европейское воздушное пространство.