Scientific.ru
Троицкие эфиры
01.03.2004. Экстрасолнечные планеты

Здраствуйте!

Идея о создании регулярной научно-популярной передачи в Троицке, близка к своей реализации. Проект продвигается под эгидой Телевидения Троицка совместно с сетевым ресурсом Scientific.ru. Это важно, поскольку, симбиоз традиционных и интернетовских средств массовой информации куда эффективнее чем то и иное по отдельности.

У нас пока нет устоявшегося названия передачи. Есть рабочая версия: "Троицкие эфиры о науке". Это будут на 90 процентов прямые эфиры. В этом есть риск - риск срывов, риск сморозить глупость, которую уже не вырежешь. Но в этом есть и достоинства - прежде всего общение с телезрителями в реальном времени. Все-таки, прямой эфир - это живой эфир. Я не знаю прецедентов научно-популярных передач в прямом эфире. Предлагаю лозунг - Троицкие эфиры - самые прямые из всех, ведомых науке!

Подготовка каждой передачи - ломовая работа, требующая финансирования. У нас пока нет регулярного финансирования, но есть разовые спонсоры. Спонсором сегодняшней передачи является издательство Тровант. Эта фирма по соотношению своих благотворительных вкладов к своей прибыли наверняка лидирует в Троицке да и не только в нем. Основной вклад Трованта - газета Троицкий Вариант, которую фирма финансировала за счет своей прибыли с других видов деятельности. И Сайнтифик тоже на первых порах был финансово поддержан Тровантом. Сюда надо добавить многие городские мероприятия дотировавшиеся Тровантом. Если бы весь бизнес был столь щедр на общественно-полезные цели, наша страна была бы совсем другой. И если Троицк в чем-то отличается в лучшую сторону от других городов - в этом есть и заслуга этой фирмы. Поэтому - браво Трованту!

На этой передаче ведущий никогда не будет выступать в одиночку. И сегодня я не один. У нас есть маленькая студийная аудитория из двух человек. Это бывший редактор "Троицкого варианта" а ныне корреспондент "Московского комсомольца", Сергей Феклюнин и Владислав Егоров, который просил представить его просто как "представителя троицкой молодежи". Их задача - задавать вопросы и вступать со мной в дискуссию по мере желания. Им разрешено задавать самые глупые вопросы и не бояться этого. Глупые вопросы задают и на научных конференциях, причем часто они оказываются наиболее полезными, позволяя взглянуть на предмет с неожиданной строны.

Это была преамбула. Начинаем передачу под названием

Экcтрасолнечные планеты

Всю жизнь мы знаем, что число известных планет - 9 C 1995 года цифра 9 - неправильная: открыли планету у звезды, находящейся за 30 световых лет от нас. Потом планеты у других звезд стали находить одну за другой. Сейчас их болше 120. Все это - гигантские планеты типа Юпитера. Их и называют экстрасолнечными планетами, или экзопланетами. У них пока нет удобопроизносимых имен. Но они уже меняют наш взгляд на мир. В таких вещах полезен исторический экскурс. Не будем мелочиться и начнем историю вопроса с древних греков.

Итак, что говорили об экзопланетах планетах древние греки? А они говорили!

Демокрит - пожалуй самый проницательный человек древности.


 
Подставьте вместо слова "мир" слово "планета" и можно подписываться под каждым словом. Действительно, должны быть планеты в кратных звездных системах, где более одного солнца. Действительно миры не рождаются в межгалактическом проствранстве, а в эллиптических галактиках рождение давно застопорилось. Эато в спиральных галактиках, подобной нашей они рождаются и будут рождаться еще миллиарды лет. Высказывание Демокрита дано на фоне именно такой галактики. В ней около 1011 звезд. Сколько же там должно быть самых разнообразных миров!



 
Еще радикальней высказался Эпикур. "Существует бесконечное количество миров, как похожих, так и непохожих на наш". Высказывание Эпикура дано на фоне глубокого снимка космического телескопа Хаббл. Снимок кишит слабыми галактиками. Здесь их многие тысячи. Если считать в звездах, то в поле зрения Хаббла их где-то 1015. Но поле снимка - лишь узенький лучик в одну десятую видимого поперечника Луны. В обзоримой вселенной десятки или сотни миллиардов галактик и где-то 1021 звезд. Тем, кому не нравится любое конечное число и чья душа требует настоящей бесконечности можно сказать, что за горизонтом вполне может быть и 1050 и 10200 звезд, но главное, число вселенных, судя по всему, бесконечно.

Древние греки умудрялись давать правильные ответы на коренные вопросы, не зная практически ничего. Видимо, попытаясь понять мир при недостатке фактических знаний, они развили свою интуицию до уровня, неведомого нам. Правда не всегда и не все из них попадали в точку. Аристотель сказал - мир может быть только один по определению. И мы в центре вселенной, И Баста!

Мы не сомневаемся в множественности миров, но это - не весь ответ. Важны конкретные числа - как часто у звезд встречаются планетные системы, как часто среди них встречаются планеты, пригодные для жизни, как часто на них возникает жизнь.

От этих чисел зависит картина мира: что нам с того, если ближайшая планета типа Земли находится на другом конце галактики? Это хуже чем иголка в стоге сена - все равно, что ее нет вообще. Значит мы практически одиноки во вселенной и безнадежно изолированы. Если - одна пригодная к обитанию система на 100 или даже 1000 звезд - мы можем их найти, можем отправить туда сигналы и даже посылку малой скоростью. Наша изоляция уже не столь непреодолима. И это совсем другая картина мира. Итак, к какой из двух картин склоняются научные данные? Сразу скажу, что есть и хорошие и плохие новости

Первая хорошая новость: протопланетные диски
Первые хорошие новости появились еще до открытия экзопланет. Откуда берутся планетные системы? - Из облака пыли и газа, окружающего свежесипеченную звезду, которое сплющивается в диск а потом конденсируется в планеты. Такие облака живут недолго по сравнению с временем жизни звезд, но их нашли. Вот снимок части туманности Ориона, сделанный Хабблом.



 
Нечто напоминающее картофелины - это протозвездные коконы пыли, в них рождаются звезды. А вот - протопланетный диск в центре которого уже зажглась звезда.



 
Правда разрешения Хаббла не хватает, чтобы дать четкую картинку - все-таки 1500 световых лет. Правда, этот диск еще слишком толстый рыхлый и протяженный - его размер 30 орбит Плутона. Планет там еще нет, но возможно будут. Есть еще подобные диски - совсем молодые Есть и более тонкие и компактные диски, где по косвенным признакам там уже есть планеты. Таким образом мы прямо видим составные части процесса, который ведет к образованию планетных систем. Ведет, но часто ли доводит до конца и если да, то что именно дает в итоге? Чтобы ответить - нужно наблюдать сами планеты.

Как найти планету у далекой звезды?



 
Можно ли ее увидеть в телескоп? На этом снимке Хаббла - не планета у звезды, а двойная звезда. Это пятнышко - слабая звезда, так называемый бурый карлик. Расстояние от звезды как от Солнца до Плутона. Юпитер здесь будет в 100 000 слабее и в 5 раз ближе к звезде. Вот и представьте можно ли его увидеть. О Земле и говорить не приходится. Земля для удаленного наблюдателя в миллиарды раз тусклее Солнца. Забудем про традиционные телескопы. Но есть другие методы открыть планету у другой звезды.

Один из методов - наблюдать частичное затмение звезды планетой когда последняя пересекает видимый диск звезды. Это называется транзит планеты. Если какому-то инопланетянину, наблюдающему за Солнцем, повезет оказаться в плоскости орбиты Юпитера, или Сатурна, он вдруг может обнаружить, что яркость звезды вдруг подсела на 1%, а через некоторое время восстановилась. Он поймет, что это планета наехала на диск Солнца. Через примерно 12 лет в случае Юпитера история должна повториться. Падение яркости на 1% - прекрасно измеряемая величина. Но вероятность того, что орбита планеты проецируется на диск звезды мала - отношение радиуса звезды к радиусу орбиты, да еще на пи пополам поделить, в случае Юпитера - одна тысячная. Но Бог с ним, с инопланетянином. Давайте мы сами будем измерять яркость сразу тысяч звезд - тогда в конце концов увидим транзиты. Это делается, о результатах - потом.

Есть способ не зависящий от случая. Планета и звезда вращаются вокруг общего центра тяжести. Солнце под влиянием всех планет описывает сложную фигуру, но главный элемент этой фигуры - круг от тяготения Юпитера, скорость движения Солнца по этому кругу 12 м/с. Нельзя ли измерить эту скорость благодаря эффекту Допплера: частота электромагнитных волн от приближающегося источника увеличивается, от удаляющегося наоборот. Чуть-чуть меняется цвет звезды - на одну тридцатимиллионную длины волны. В принципе, ничего страшного: гаишники ловят нас за превышение скорости тоже с помощью эффекта допплера, с такой же точностью. Но им легче - у них в руках радар, излучающий узкую частоту и принимающий ее же в отраженном и чуть смещенном виде. Звезду не залоцируешь как автомобиль! Единственная надежда - зацепиться за детали спектра звезды. Такие детали есть - это спектральные линии поглощения света в звездной атмосфере. Но беда в том, что звезда - не автомобиль еще и в том смысле, что у нее нет опредаленной скорости относительно нас. Она вращается, ее верхние слои и атмосфера в движении. А главное - все атомы хаотически движутся со скоростямы километры в секунду, поскольку звезда горячая. И линии спектра получаются широкими. А нам надо почувствовать изменение средней скорости всего этого на метры в секунду. То есть вылавливать смещения спектра на одну тысячную ширины линий и одну стомиллионную длины волны! И это делается!

Найти смещения спектра на одну стомиллионную "в лоб" - все равно, что измерить микронные смещения рулеткой стометровой длины. Нужна хитрость. Хитрость основана на том, что мы можем очень хорошо измерять искажения формы спектра, гораздо лучше, чем смещения. А чтобы смещения спектра искажали его форму, свет звезды пропускают через газ с хорошо известным и сильно изрезанным спектром, например через пары иода. В спектрометр попадает суперпозиция спектров зведы и иода. Первый гуляет туда-сюда, второй - стоит как скала. Форма суперпозиции меняется. И пусть мы измеряем форму неточной линейкой, у нас есть еще одна важная вещь - мощные компьютеры. Пусть наш спектрометр слегка "поплыл" за время измерения, пусть Земля за это время успела провернуться и наша относительная скорость со звездой изменилась, - мы можем все это учесть в компьютерной подгонке.

Потом надо из полученной скорости вычесть суточное вращение Земли, вращение земли вокруг Солнца, влияние Луны, Юпитера и остальных планет. Когда я где-то в 99 году слушал доклад одного из авторов подобных измерений, на фоне всех этих космических скоростей была достигнута точность 3 м/с - это скорость человека, бегущего трусцой. Сейчас говорят об 1 м/с - это уже прогулочный шаг. Напомню, это скорость бурлящей горячей звезды, измеренная с несущейся по сложной траектории с космической скоростью планеты. Я снимаю шляпу перед людьми, сделавшими это! Сейчас скажу, кто эти люди, а пока можно подчистить хвосты: вероятно у вас возникли какие-то вопросы.

С.Ф. С тех пор как вы сказали, что звезда с планетой находятся в 30 световых годах, меня мучает вопрос, сколько же это обычных лет?

Б.Ш. А сколько обычных минут в 10 минутах ходьбы? Когда мы говорим "я работаю в 10 минутах ходьбы от дома" - мы имеем в виду расстояние а не время. Так и здесь - это мера расстояния: столько свет пролетает за 30 лет. Можно спросить - сколько это будет в километрах: 3 1014 или 300 триллионов. Можно выразить это и в минутах, точнее в годах ходьбы. Получается около 10 миллиардов лет ходьбы, т.е. за время существования вселенной можно дойти пешком.

С.Ф. - Нормально! А вы говорили, что можно послать туда посылку. Сколько времени она будет идти.

Б.Ш. Долго! Если с той скоростью, с какой летают современные космические корабли, то сотни тысяч лет. Но можно долететь и за тысячи лет. Об этом скажу чуть позже.

В.Е. Во-первых, позвольте поприветствовать телезрителей. Вы говорите об очень далеких планетах. Но у нас есть и интересы поближе. В последнее время очень модная тема - Марс. Вот недавно передача была по РТР про Марс. Говорили - российские специалисты, конечно молодцы, они могут внести свой вклад в решение задачи как долго находится в космосе, а расчеты, планирование, снаряжение экспедиции будет делаться Европейским космическим агенством или НАСА.

Б.Ш. Встречный вопрос вам: вы знаете, что наша следующая анонсированная передача будет именно про Марс?

В.Е. Нет.

Б.Ш. Ну так знайте. Является ли это ответом на вопрос? Там, кстати поговорим и о нашем вкладе, который, кстати, не так мал, в том числе и в недавних полетах.

В.Е. А в чем все-таки в настоящее время или в перспективе прикладное значение таких исследований?

Б.Ш. Никакого прикладного значения, кроме опосредованного. Делая это люди люди изобретут массу вещей, которые станут прикладными.

Продолжаю. Я тут собирался снять шляпу перед некоторыми людьми.



 
На снимке - Швейцарцы Мэйор и Келоц, никогда не видел их живьем и не знаю кто из них кто. Думаю, когда-нибудь увидим их по телевизору на известной церемонии в Стокгольме. Они нашли периодические изменения лучевой скорости звезды 51 Пегаса и результаты оказались настолько феноменальными, что поначалу многие не поверили, что это планета. Амплитуда изменения скорости была около 60 метров в секунду, а период - всего 4.4 дня! Вот график лучевой скорости 51 Пегаса - невероятный но несомненный факт. Это означало, что огромная планета - сравнимая с Юпитером - вращается вокруг звезды на расстоянии 0.05 от радиуса земной орбиты.



 
Но я мысленно снимал шляпу не только перед швейцарцами, но еще перед американцами Джефом Марси (справа) и Полом Батлером. Даже в первую очередь перед ними, поскольку они лидировали в методике, они придумали трюк с парами иода. Просто им меньше повезло, причем по глупой случайности. Они исключили 51 Пегаса из списка целей, поскольку в каталоге она значилась как "неправильная", вспыхивающая звезда. Каталог ошибался. Звезда была совершенно правильной. После первого сообщения Батлер и Марси подтвердили планету у 51 Пегаса всего за две недели, а потом запустили открытия на поток.



 
Но вернемся к 51 Пегаса. О возможности такого нас не только в школе не учили, но и в научных работах не писали. Откуда там эта планета, к тому же гигант? Она не могла образоваться так близко к звезде, - там не могло быть нужного строительного материала. И естественно появились люди, усомнившиеся в планетной интерпретации этих данных. Предположили, что звезда просто периодически "дышит" - когда она расширяется ее поверхность приближается к нам, когда сжимается - удаляется. Это у нее собственный резонанс такой - 4 дня. Да, но если звезда "дышит" должны быть заметные колебания блеска звезды за счет изменения площади поверхности. Их можно посчитать. Оказывается - не то - амплитуда не та и фаза не та. Чем больше накапливалось данных, тем яснее становилось, что это именно планета, а не колебания размера звезды.

Серийные открытия
С 96 года пошел поток открытий и главный вклад в него вносила группа Марси - Баттлера. И в этом потоке пошли новые сенсации. Тесные орбиты планет-гигантов оказались обычным делом. Оказалось, что многие гигантские планеты имеют очень вытянутую, эксцентричную орбиту (эксцентричную - от слова "эксцентриситет"). Кривая скорости звезды с планетой на круговой орбите выписывает синусоиду. Если же орбита планеты эксцентрична, кривая скорости перекошена, вот так.



 
Многе что на свете изображает синусоиду. Но эта кривая уникальна - она подгоняется только вытянутой орбитой планеты, движущейся по законам Кеплера и ничем больше. Джеф Марси говорил: "пока мы видели синусоидальные кривые, еще оставалась какая-то капля сомнений в том что это планеты. Когда увидели такую кривую, и она отлично улеглась на кеплеровскую орбиту - все сомнения отпали."

Там звонок телезрителя. Мы вас слушаем.

Телезритель. Звезды бывают разные - красные карлики, бурые, такие как Солнце. А если это яркая звезда? В скольки километрах от такой звезды должна быть планета, чтобы она была похожа на Землю?

Б.Ш. Если звезда красный карлик, она светит на порядок слабее Солнца и тогда планета должна быть где-то на расстоянии Меркурия от звезды, чтобы условия на ней были похожими на земные. Если это, скажем, голубой гигант - мы должны отодвинуть планету на расстояние Юпитера или дальше. Но есть и другая проблема. Красные карлики живут очень долго - многие миллиарды лет - дольше Солнца. А вот яркие звезды живут недолго. у них могут быть планеты, но на них за время жизни звезды не успеет развиться жизнь. Поэтому нас в первую очередь интересуют такие звезды как Солнце или лишь чуть ярче Солнца или тусклее Солнца.

Затмение далекой звезды.

Я говорил о малой вероятности найти планету затмевающую звезду. Но то была оценка для Юпитера. А если многие планеты вращаются близко к звездам, вероятность гораздо выше, для 51 Пегаса около 1/15. И когда счет экзопланет пошел на десятки, шанс на то, что орбита какой-то из них проецируется на диск звезды стал вполне серьезным. Естественно, в параллель с измерением лучевых скоростей звезд другие группы другими методами следили за блеском тех же звезд. И нашли такую планету. Да еще как нашли! Вот данные телескопа Хаббл. При виде таких данных тоже хочется снять шляпу.



 
На графике - изменение блеска звезды со временем. Глубина ямы - 1.5% яркости, но Хаббл - отличный инструмент и это небольшое падение блеска промерено с фантастической точностью. Видно как планета постепенно наползает на диск звезды - склоны ямы имеют уклон. Дно ямы прогнуто - это так называемый эффект потемнения к краю: яркость диска звезды выше к центру и меньше к краям - у Солнца то же самое. Можно сказать на каком расстоянии от центра звезды прошла планета. Видно, что у планеты нет колец как у Сатурна, если и есть колечки, то жиденькие или развернуты к нам точно ребром. И конечно, можно достаточно точно вычислить размер планеты: она больше Юпитера при том, что ее масса чуть меньше. В этом нет парадокса: такие планеты в основном состоят из газа, но могут иметь и твердое ядро от массы которого будет зависеть внешний размер. Юпитер имеет ядро порядка 10 масс Земли. Эта планета может вообще не иметь твердого ядра. Планета обращается всего в 0.04 астрономических единиц от звезды, поэтому температура ее атмосферы около 1100 градусов.

И уж совсем фантастика: удалось даже увидеть спектральную линию поглощения атмосферы планеты - знаменитую желтую линию натрия.

Итак, нам известно более 100 экзопланет. Этого достаточно, чтобы попытаться нарисовать общую картину и оценить ее.



 
Вот график, дающий общую картину орбит. По горизонтали - размер орбиты (большая полуось в астрономических единицах), по верикали - эксцентриситет или вытянутость орбиты. Этот график несет нам плохую весть: открытые системы в большинстве не похожи на Солнечную и в большинстве из них нет места Земле с ее комфортной стабильной орбитой.

Солнечная система устроена очень толково, благодаря чему мы здесь сейчас сидим. Планеты вращаются по почти круговым орбитам не мешая друг другу. И, что важно, есть планета - дворник, очистившая постранство от строительного мусора - Юпитер. Юпитер своим тяготением выкинул все кометы и астероиды с большими эксцентриситетами на окраины Солнечной системы, в так называемое кометное облако Оорта. Остались только те, что вращаются на круговых орбитах в поясе астероидов и никому не мешают. Если бы не это - Земля бы до сих пор подвергалась интенсивной бомбардировке, как в первые сотни миллионов лет своего существования. Те кометы и астероиды, которыми нас иногда пугают средства массовой информации и Голливуд - это редкие визитеры из облака Оорта, или пояса Купера, которые вернулись во внутренние области системы, рассеявшись на себе подобных. Они здесь долго не задерживаются.

В системах, где планеты-гиганты обращаются по эксцентричным орбитам планеты земной группы были бы вышвырнуты на периферию или вообще из системы. Планеты-гиганты на маленьких орбитах - тоже плохой вариант. Они не могли там образоваться - они туда мигрировали с больших орбит пока был жив газовый протопланетный диск - из-за своеобразной аэродинамики. А что при этом случилось с планетами земной группы? - Они либо тоже мигрировали в пекло, либо, скорее, были вышвырнуты со своих орбит мигрирующим гигантом. Из ста с небольшим планетных систем есть лишь три-четыре, где у их юпитера приемлемая орбита. Интересно, что пара планет имеют орбиту очень близкую к земной. Жить на них нельзя, поскольку это газовые гиганты, но если у ник есть спутники как, например, Ганимед у Юпитера - вот на них жизнь возможна.

Пересмотр теории рождения планетных систем

Перед нами два вопроса: первый - как возникают эти уродские планетные системы, противоречащие нашим былым представлениям? Второй - является ли эта наблюдаемая картина приговором - значит ли это что наша система уникальна и мы обречены на космическую изоляцию. Начнем с первого вопроса.

Наблюдаемая картина говорит за то, что образование планет-гигантов часто бывает гораздо более бурным сложным и урожайным процесом, чем мы думали, глядя на нашу систему. Мы думали планеты растут спокойно и долго - миллионы лет в медленно эволюционирующем протопланетном диске, что орбиты зародышей планет круговые и далеко разнесены друг от друга. Сейчас картина пересматривается и кажется куда более сложной. Например, протопланетный диск может скорее напоминать спиральную галактику, чем кольца Сатурна. Там могут возникать спиральные волны плотности и разнообразные неустойчивости, подстегивающие рождение газовых гигантов. Возможен гравитационный коллапс поджатых газовых облаков прямо в юпитеры за какие-нибудь тысячи лет - почти мгновенно. Похоже в дисках бывает больше материала, чем мы думали и юпитеры рождаются выводками на сравнительно близких орбитах и начинают играть друг с дружкой в биллиард: рассеиваясь в поле тяготения друг друга одни улетают на периферию системы, другие - ближе к звезде. Отсюда и вытянутые орбиты. Возможно, система типа нашей возникает тогда, когда материала поменьше и все идет спокойней и дольше. Но тогда можно остаться и вообще без полезного Юпитера а может и без планет земной группы. Как узка грань между слишком урожайными и потому уродливыми и слишком бедными системами? Пока мы этого не знаем.

Теперь о том, нужно ли рассматривать наблюдаемую картину как приговор к вечной изоляции на благодатном островке. Нет, еще не вечер! Следят за 2000 звезд. Планеты найдены у 100. У оставшихся 1900 картина может быть совсем другой. Есть такое понятие как наблюдательная селекция - очень распространенный и вредный эффект, как в науке, так и в жизни. Мы, наблюдая что-то видим не то, что есть на самом деле, а в первую очередь то, что легче заметить. При поиске планет мы находим те, что легче найти. Именно те, где планеты своим тяготением сильнее и чаще колеблют звезду, т.е. именно те, где планеты-гиганты крутятся близ звезды, или подлетают сравнительно близко к ней по вытянутым орбитам. Чтобы поймать наш Юпитер, нужно вести наблюдения с рекордной точностью на протяжении юпитерианского года. Т.е. эффект селекции работает против систем типа нашей. Но их можно найти и уже что-то подобное начинают находить, просто не в первую очередь.

У нас звонок телезрителя, давайте послушаем.

Телезритель. У меня не вопрос. Я просто хочу поблагодарить вас за эту передачу и в особенности за то, что вы делаете ее для самой широкой аудитории. Я очень далека от всего этого, но мне очень интересон, и, самое главное, мне все понятно! Большое спасибо и я хочу пожелать, чтобы ваша передача стала регулярной.

Б.Ш.Спасибо за звонок. Вы меня успокоили. Я как раз боялся, что меня, кроме научных работников, мало кто будет понимать. Попробуем выходить регулярно. Еще раз спасибо.

Итак резюме:

1. Теперь мы знаем, что планетных систем очень много. И это хорошо.

2. Мы также видим, что во многих планетных системах невозможна жизнь, подобная земной. И это с первого взгляда плохо.

3. Однако именно системы, где невозможна жизнь, мы и должны были найти в первую очередь. Поэтому, не все так плохо.

4. Открытия скорее говорят не о том, что наша система уникальна, а о том, что планетные системы весьма разнообразны. Мироздание опять, в который раз, оказывается богаче и интересней чем мы думали. Это скорее хорошо, чем плохо.

5. Мы пока не знаем искомой цифры - как распространены планеты, пригодные для обитания. Это плохо, но никто не собирается останавливать поиски.

Ну ладно, найдут системы с Юпитером на нужной орбите. Скажем - вот системы, где может существовать и земля с ее благоприятными условиями. Но мало ли что "может", нам хотелось бы найти двойника земли. Спектрометрическим методом не найти - компонента движения Солнца, наведенная Землей, - 9 см/с. Прохождение по диску звезды - более реальный вариант, падение яркости на одну десятитысячную измеряемо, но напомню, должно повезти с ориентацией орбиты.

С.Ф. А изменения яркости звезды могут происходить только по этой причине, или от чего-то еще?

Б.Ш. Изменение яркости от планеты очень легко распознается. Его ни с чем не спутаешь. Это такое корытце - типа того, что я показывал. Более того, оно повторяется через год той планеты.

С.Ф. Никаких других эффектов, влияющих на яркость звезды нет?

Б.Ш. Есть другие эффекты. Но они дают совсем другую картину. И транзиты планет легко выделеть на фоне изменений яркости от других эффектов.

В.Е. У Джордано Бруно есть трактат "О Вселенной и других мирах". Может быть то, что сейчас обнаруживают ученые уже сформулировано в этом трактате?

Б.Ш. Трактата Бруно не читал. Знаю только, что он довольно плохо разбирался в астрономии и пропагандировал в общем-то не свои идеи.

В.Е. Люди делают измерения того, что находится очень далеко. Это у меня вызывает ассоциации с эпохой великих географических открытий. Тогда тоже основывались на каких-то расчетах, что вот там должна быть земля. Иногда находили землю, а иногда нет, например, землю Санникова не нашли. Как вы думаете, велика ли вероятность того, что все эти расчеты окажутся просто ошибкой?

Б.Ш. То что делается - это не расчеты, не гипотезы, это именно поиски. Такие расчеты, что в данном направлении у данной звезда должна быть планета не существуют, они невозможны. Более того, как я уже сказал - мы не знаем даже вероятности того, что у какой-то звезды есть земля. Это не теоретический, это прямой инструментальный поиск.

В.Е. То есть кроме практического нет другого способа найти планету.

Б.Ш. Да только с помощью наблюдений разными способами. О двух таких способах я сказал, есть еще и другие способы.

С.Ф. Здесь хорошо то, что те, кто пошлют экспедицию не узнают, что она оказалась неудачной.

Б.Ш. Здесь мы не поняли друг друга. Бессмысленно посылать что-то прежде чем цель найдена с Земли.

Итак о поисках земель с помощью транзитов. Шанс для Земли - 1/200. Надо следить сразу за тысячами звезд. Соответствующие проекты, ориентированные на поиск транзитов планет земной группы готовится. Это европейский проект COROT, и проект NASA Кеплер. Оба основаны на прецезионном измерении яркости многих звезд одновременно. Кеплер имеет больший телескоп и более широкое поле зрения. COROT полетит в 2006 г., Кеплер в 2007. Можно надеятся, в обозримом будущем узнаем о результатах.

"Дарвин" и другие

Но в мечтах и набросках жив и метод прямого наблюдения планет земного типа. Хоть я и сказал в начале, что наблюдать планету в телескоп немыслимо, это не совсем так. Во-первых, надо из оптического диапазона перейти в инфракрасный. В нем звезда тусклее, а планета ярче. Во-вторых, надо использовать несколько телескопов в режиме так называемой "нуль-интерферометрии". Телескопы должны находится в космосе, фиксированы с микронной точностью друг относительно друга и изображения с них должны когерентно смешиваться и интерферировать так, чтобы свет звезды занулялся интерференцией, а свет планет - суммировался. Это трудно, но можно. Такие проекты разрабатываются, причем и Европейским космическим агенством и НАСА. Европейский проект называется "Дарвин". Вот так он будет выглядеть.



 
Это куда покруче Хаббла. Шесть инфракрасных телескопов будут размещены в одной из Лагранжевых точек Земли на расстоянии 50 м друг от друга. С помощью ракетных микродвигателей удерживаются с микронной точностью друг относительно друга. В центре шестерки - хаб, где сигналы с телескопов интерферируют и считывается. Отдельно - ретранслятор данных на Землю. Эта флотилия способна увидеть планеты земной группы с расстояния 30 световых лет в виде примерно следующей картинки.



 
Это результат численного моделирования для "Дарвина". Светлые пятна соответствуют Венере, Земле и Марсу. Но пятна, далеко не все, что можно увидеть: можно получить их спектры. А значит, измерить температуру и состав атмосфер планет. Вот как будет выглядеть спектр, если найденная планета окажется точной копией Земли.


 
Это тоже результаты численного моделирования отклика установки. Здесь видны три главных провала: от воды, углекислого газа и озона. А это значило бы что мы в в 30 световых годах от себя нашли внеземную жизнь. Ибо озон, то есть кислород в атмосфере не может появиться иначе, как в результате жизнедеятельности растений. Уберите с Земли растительность и через 10 тысяч лет в ее атмосфере исчезнет кислород. А в ее спектре исчезнет линия озона.

Если мы увидим много планет типа Земли, мы получим ответ и на другой базовый вопрос, касающийся загадки зарождения жизни. Если на всех планетах с нужной температурой и линией воды есть также и линия озона - мы скажем: жизнь зарождается везде, где к тому есть необходимые условия, зарождение жизни есть надежный магистральный путь развития природы. Если мы видим планеты с водой и хорошим климатом, но нигде нет линии озона, мы скажем: земная жизнь - редчайший феномен, даже если для нее есть подходящие условия. Значит зарождение жизни связано с цепью случайностей, которые очень редко реализуются. И значит, на нас тем больше ответственности. Конечно, возможна и какая-то анаэробная жизнь не связанная с кислородом - ее за десятки световых лет мы не увидим.

Открытие аналога Земли было бы одним из тех достижений до которых хочется дожить. Шансы есть, причем не только у самых молодых, но и у людей моего поколения. Авторы проекта приводят ориентировочную дату 2020г., хотя кто знает, как повернется история и на что предпочтут тратить деньги развитые страны. Понятно, что деньги нужны огромные - сравнимые с тратами на войну в Ираке.

Вместо египетских пирамид (лирическое отступление и эпилог)

В заключение, немного фантазии, лирическое отступление. Поставим мысленный экспермиент, который позволяет взглянуть с птичьего полета не только на природу, но и на нас самих, на наше общество, наши цели. Древние египтяне своим египетским трудом оставили нам великолепный подарок - пирамиды, хотя строили их они отнюдь не нам в подарок. Пирамиды обогащают нашу культуру, и, глядя на них мы гордимся своими предками... Звонок телезрителя давайте послушаем.

Телезритель. Говоря об орбитах планет, вы говорите, что вот на такой-то планете жизнь невозможна. Поймите, вы судите с точки зрения человека. А природа-то не повторяется! Если есть такое разнообразие орбит, то почему бы и жизни не быть столь же разнооборазной.

В.Е. Да, может быть водородом кто-то питается...

Телезритель Ну, водородом вряд-ли, но есть масса разных химических соединений на основе которых может быть построена жизнь. Природа ставит эксперименты. Вот здесь жизь удалась - зачем Природе повторяться: она попробует что-то совершенно другое.

Б.Ш. Во первых, замечание совершенно правильное: когда я говорил про возможность существования жизни, мне стоило оговориться, что речь идет о жизни земного типа. Мы ничего не знаем о других формах жизни и, конечно, мы не можем отвергать возможность их существования. А вот тезис о том, что природа не любит повторяться - не совсем верный. Она повторяется. Мы всюду находим одни и те же явления. Но явления разнообразны. То есть природа провторяется в своем разнообразии. Что касается других форм жизни, насколько я знаю, люди сталкиваются с большими трудностями, пытаясь теоретически сконструировать жизнь на другой, неуглеродной основе. Но я не могу углублятся в это, поскольку не специалист и могу элементарно провраться. Повторю, замечане в целом правильное. А вообще, возможность других форм жизни - хорошая тема для отдельной передачи.

С.Ф. А это точный факт, что кислород в атмосфере может появиться только от растений?

Б.Ш. Практически точный. Кислород очень активный газ и в нормальных условиях он должен быть связан. Небольшое количество кислорода возможно, например, в атмосфере Марса есть чуть-чуть кислорода. Там он образуется из-за того, что молекулы воды в разбиваются космическими лучами. Но огромное количество кислорода - это своеобразное чудо. В природе процессы имеют определенное направление. Почему-то цилиндр, поставленный на-попа, легко может упасть но почти никогда не становится обратно на-попа за счет природных процессов. Почему-то чашка легко падает со стола на пол, но никогда осколки чашки не подпрыгивают обратно на стол, собираясь в чашку. Грубо говоря, это закон возрастания энтропии. А жизнь, только то и делает, что локально понижает энтропию. Образно говоря, ставит цилиндры на попа (возьмите стволы деревьев) и производит бьющиеся чашки. Кислород в атмосфере - из той же серии. У нас звонок.

Телезритель. Боря, есть такая теория о том, почему мы не получаем сигналы от других цивилизаций: жизнь если и возникает существует недолго. Знаком наверное? - Конечно... - Вот Тутуков недавно про это говорил в передаче Гордона, наш тоже троицкий человек, кстати. Что ты об этом думаешь?

Б.Ш. Очень серьезный довод, хотя и не убийственный. Это говорил еще Шкловский, да и до него говорили. Курт Воннегут съязвил прямо в тему: развитый разум человека, это очень опасное и вредное изобретение эволюции, своеобразная ошибка вроде огромных непомерных рогов ирландского лося из-за которых тот вымер. И человек из-за своего развитого интеллекта и неумения разумно использовать этот интеллект в конце-концов погибнет.

Но вернемся к египтянам. Представим себе, что цивилизация с высокой технологией возникла на 4 тысячи лет раньше - пустяк в сравнении со сроком эволюции человека из обезьяны. И предположим, что они отличались от нас еще и тем, что сохранили способность концентрировать огромные усилия на проекты, не связанные с непосредственной немедленной пользой. Такая цивилизация могла бы, затратив услилия, сопоставимые со строительством пирамид, оставить нам совершенно другой подарок.

Забудьте про полеты в космосе со сверхсветовой и даже околосветовой скоростью - это приговор физики, обжалованию не подлежит. Но полеты со скоростью 1/100 световой вполне возможны - достаточно ядерной энергии. Если бы аналог Дарвина запустили бы 4000 лет назад, нашли бы планету с жизнью или без нее, но пригодную для жизни и напрвили бы к ней зонд со скоростью 1/100 световой, он бы сейчас мог быть уже там. Он бы мог отснять планету с великолепным разрешением, мог бы направить спускаемый аппарат на поверхность и мог бы передать на землю лавину снимков и данных - уже со скоростью света, по радио. Название такого подарка - новый мир, двойник нашего, зримый и почти осязаемый. живой или безжизненный, но пригодный для жизни. Во втором случае, мы могли бы принять решение и отправить туда сигнал, открывающий крышку контейнера со спорами - так у земли появился бы дочерний живой мир.

История не терпит сослагательного наклонения. У нас не было технически развитых предков. Но не исключено, что у нас могут быть какие-нибудь потомки через 4000 лет. В принципе наши не столь отдаленные потомки могут сделать такой подарок для отдаленных, кто будет жить на земле через 4000 лет. Могут, но захотят ли? Ведь потребуется воистину египетский труд, подвиг. Египетский по трудоемкости проект со сроком отдачи в тысячи лет! - Нонсес. Мы пока всеми силами совершаем подвиг с обратным знаком, транжиря природные ресурсы, которые могли бы пригодиться потомкам на черный день. Чтобы совершить то, о чем шла речь, внуки и правнуки должны существенно отличаться от нас. Тогда и через 4000 лет у нас потомки будут.

В.Е. По поводу вашего оптимизма ...

Б.Ш. Это еще не оптимизм, я всюду использовал сослагательное наклонение.

В.Е. Хорошо, но я понимаю, что исследователем движет любопытство. А страха или опасения по поводу обнаружения другой цивилизации вы не испытываете? Ведь пока мы их не видим и они нас не видят. А если мы их найдем, и они о нас узнают...

Б.Ш. Во-первых, это будет потрясающе! А во вторых - что они нам могут сделать?

В.Е. Значит вы считаете, что если мы их найдем первыми, то они будут менее развитыми?

Б.Ш. Да пусть они будут более развитыми! Тем лучше.

В.Е. То есть вы уверены в их неагрессивности.

Б.Ш. Во-первых, уверен в неагрессивности. Зачем им агрессивность? С ней они вряд-ли долго протянут. Во вторых - даже если они агрессивны, они не смогут реализовать свою агрессивность на межзвездных расстояниях.

С.Ф. И в третьих это будут уже далекие потомки, судьба которых Бориса Евгеньевича уже не очень волнует...

Б.Ш. Что меня беспокоит, так это то, что мы наоборот, потеряем интерес к таким поискам. Вот тогда будет конец - медленный и постепенный. Медленное сползание в болото. В средневековье, но только с ядерным оружием.

Наша передача подходит к концу. Немного о планах. Нам вряд-ли удастся сразу сделать передачу регулярной. В частности, мне скоро придется отъехать на пару месяцев. Но я надеюсь на то, что и в это время передача будет вестись другими людьми. Где-то со второй половины мая мы, возможно сумеем выйти на регулярный режим. Но следующая передача состоится скоро и скоро будет объявлена. Она будет про Марс. Ее будем вести мы с заместителем директора Института космических исследований Олегом Кораблевым. Сейчас на Марсе работают два аппарата. С Марса есть столько снимков, что их можно показывать часами и часами комментировать. У нас правда будет только один час. Надеемся сделать что-то в духе "Клуба кинопутешествий" - путешествие на Марс. А сейчас мы прощаемся со зрителями. До встречи!

Обсудить на форуме


На главную страницу