Проксима Центавра — найближча до нас зоря. Донедавна той факт, що навколо неї обертаються планети, був сенсацією. Наступним цікавим і непростим питанням є можливість існування на цих планетах життя.
Маленька зірка поруч із нами
Проксима Центавра — маленька зірка. Її радіус приблизно всемеро менше за сонячний, тобто вона всього на 40% більша за Юпітер. Вона випромінює на 4 порядки менше енергії, ніж Сонце, і щоб отримувати стільки ж тепла, скільки Земля, планета має перебувати значно ближче до неї.
Той факт, що найближча до нас зоря є частиною потрійної системи α Центавра, жодним чином не впливає на планети навколо неї. Річ у тім, що Проксима обертається навколо компонентів А та В цієї системи по орбіті, велика піввісь якої складає 8700 а.о., тобто навіть при проходженні перицентру ці дві зірки з поверхні її планет здаються саме зірками, а не двома додатковими сонцями.
Планети на орбітах навколо Проксими Центавра справді існують. Першу відкрили у 2016 році. Проксима b — велике землеподібне тіло, радіус якого, за різними оцінками, більший за земний на 7-30%, а маса на 17-60% перевищує масу нашої планети. Обертається вона на відстані всього 7,5 млн км від центрального світила. Це означає, що вона перебуває в зоні, де могло би існувати життя земного типу.
Крижана Проксима c
Друга планета системи — Проксима c — була відкрита 2019 року. Про неї ми знаємо не так багато: вона всемеро масивніша за Землю й обертається по орбіті з середнім радіусом 223 млн км, далеко за межами зони, у якій можливе життя. Оскільки радіус цього об’єкта невідомий, його природа досі є предметом суперечок. Якщо він достатньо великий, то це може бути газово-крижаний гігант, схожий на маленьку копію Нептуну. Якщо ж він менший, то Проксима c — крижана суперземля (ймовірно, океаніда, водяна оболонка якої промерзла на глибину принаймні у кілька кілометрів).
У будь-якому разі життя на Проксимі c є малоймовірним. Звісно, якщо вона являє собою крижану океаніду, теоретично на якійсь глибині може існувати підльодний океан, як на деяких супутниках планет-гігантів у Сонячній системі. І умови для життя у цьому океані, що ніколи не освітлюється крихітним місцевим сонцем, можуть бути створені підводними вулканами. Але сама можливість повністю відтворити біосферу цілої планети за подібним принципом досі лишається дискусійною.
Проксима b та припливні сили
Але може виявитися, що Проксима c — дійсно найбільш придатна до життя планета у найближчій до нас зоряній системі. Річ у тім, що через невелику світність Проксими Центавра зона біля неї, у якій можливе існування живих організмів, розташована до неї настільки близько, що припливні сили гальмують планету, узгоджуючи період її обертання навколо власної осі з обертанням навколо зірки. Внаслідок цього вона може перебувати в одному з резонансів, і ми не знаємо напевне, в якому саме.
Якщо це резонанс 3:2, то нічого страшного нема. Планета за два своїх роки робить три оберти навколо власної осі. З урахуванням того, що один оберт навколо зірки становить 11,2 земні доби, це означає, що місцева доба там триває 7,5 земних діб і перепади температури впродовж цього періоду будуть достатньо значними. При цьому варто пам’ятати, що сама по собі планета отримує від зірки лише 79% того тепла, що отримує Земля від Сонця, тобто є достатньо холодною.
За резонансу 1:1 все значно гірше. Така планета є припливно захопленою, тобто нормальної зміни дня та ночі на ній не відбувається взагалі. Один її бік весь час повернутий до зірки й на ньому панує вічний день, а температура може сягати 40°C. Інший же — перебуває у постійній крижаній ночі. Певний час дослідники вважали, що така особливість робить більшу частину Проксими b й усіх подібних до неї планет непридатними для життя, але згодом це твердження визнали таким, що не відповідає дійсності.
Океани мають значення
Насправді припущення про те, що припливне захоплення Проксими b призводить до перетворення однієї її сторони на випалену пустелю, а іншої — на льодовик, було би логічним, якби на ній не існувало помітної атмосфери та гідросфери. Але якщо вони є, то все здається не таким однозначним. Річ у тім, що у будь-якій газовій оболонці й океані при нерівномірному нагріванні виникають конвективні рухи. На Землі це проявляється у вигляді вітрів та холодних і теплих океанічних течій.
На Проксимі b такі течії активно переносили би теплу воду та повітря з освітленої півкулі на темну, а у зворотному напрямі — холодну воду з кригою. Таким чином температура почала би трохи вирівнюватися. Комп’ютерне моделювання, здійснене у 2018 році, показало, що в разі, коли вся поверхня вкрита океаном, тепло з нагрітої зони розповсюджується вздовж екватора планети далеко на темну сторону, створюючи майже замкнене кільце чистої води.
Те саме дослідження показало, що суходіл на денній стороні планети виступав би як концентратор температури, тобто він би нагрівався дуже сильно, в той час як вода навколо залишалася б достатньо холодною, й ефективного перерозподілу тепла по планеті не відбувалося б. Також було встановлено, що дуже важливою є товщина атмосфери та концентрація у ній водяної пари. Якщо газова оболонка на Проксимі b тонша за земну, розподіл тепла по поверхні має бути дуже нерівномірним. А масивна атмосфера з максимальною водяної пари сприяє більш рівномірному прогріванню планети, в результаті чого цей достатньо холодний світ може виявитися майже повністю звільненим від криги.
Широтна лібрація
Також цікавим моментом є деякі особливості обертання екзопланети. Впливати на клімат може нахил її осі. Якщо він достатньо великий, то в процесі обертання навколо зірки центр максимальної освітленості на ній зсуватиметься то на північ, то на південь. На Землі з цим процесом пов’язані зміни пір року. На Проксимі b внаслідок синхронізації її обертання та «року» завдовжки лише 11 діб звичної нам ситуації з холодним-темним і теплим-світлим періодом року спостерігатися не буде.
Проте буде зміщуватися термінатор — межа освітленої та затемненої півкуль, яка зазвичай у моделях планет із припливним захопленням лишається незмінною. Протягом року вона «переповзатиме» то на північ, все більше відкриваючи приполярну зону, то на південь, здійснюючи те саме для південної приполярної області. При цьому величина цього явища, що зветься широтною лібрацією, залежатиме від нахилу осі планети до площини її орбіти. Зрештою, вона може рухатися, «лежачи на боці», як це відбувається у Сонячній системі з Ураном. Тоді жодного припливного захоплення не буде.
Довготна лібрація
Крім широтної лібрації, в разі припливного захоплення Проксими b можлива ще і довготна. Її наявність залежить від ексцентриситету планетної орбіти, тобто наскільки вона відрізняється від колової. Тут ситуація достатньо неоднозначна. З одного боку, великий ексцентриситет може призвести до досить відчутних коливань температури, які, втім, будуть короткочасними, бо довжина року все одно становить 11,2 доби.
Однак значну роль відіграватиме те, що по орбіті з високим ексцентриситетом планета рухатиметься вельми нерівномірно: найшвидше — по найближчій до зірки ділянці, найповільніше — по найбільш віддаленій. Але швидкість осьового обертання лишатиметься сталою. І це порушуватиме узгодженість, а отже, термінатор рухатиметься то на схід, то на захід, спричиняючи зміну освітленості в деяких областях. Щоправда, і за широтної, й за довготної лібрації уявний мешканць цієї зони не спостерігатиме таку зміну дня і ночі, як ми на Землі. Зірка вставатиме над горизонтом, деякий час підніматиметься над ним, завмиратиме й сідатиме практично в тому ж місці, де зійшла. Але все одно це позитивно відобразиться на встановленні стабільного клімату.
Отже, припливне захоплення не є проблемою для існування життя на Проксимі b. Навіть за резонансу 1:1 у планети лишається шанс повертатися до зірки то одним, то іншим боком, а наявність на ній океану сприятиме розповсюдженню тепла по всій поверхні.
Смертоносні спалахи
Втім, найбільшою загрозою для потенційного життя на Проксимі b є сама зірка. Попри свої невеликі розміри, Проксима Центавра — вкрай неспокійна у порівнянні з нашим Сонцем. Вона, як і приблизно третина інших червоних карликів, належить до типу спалахуючих зірок. Цей процес дуже схожий на спалахи, що відбуваються на Сонці й час від часу становлять загрозу для земної електроніки.
Тільки на Проксимі Центавра вони значно потужніші. Так, у березні 2017 року на найближчій до нас зірці спостерігався спалах, під час якого інтенсивність її випромінювання за 10 секунд зросла у 10 тисяч разів в усіх діапазонах — від радіохвиль до гамма-променів. Тривають такі спалахи від пари хвилин до кількох годин, але їхня висока інтенсивність за сотні мільйонів років повинна спричинити дійсно руйнівний вплив на планету, що знаходиться до зірки настільки близько, як Проксима b.
І проблема не лише у тому, що така інтенсивна радіація може вбити все живе на поверхні. Значно важливіше те, що спалах настільки високої енергії, досягаючи планети, буквально зриває з неї молекули атмосфери та гідросфери. Підраховано, що за перші кілька сотень мільйонів років свого існування Проксима b мала би втратити об’єм води, який приблизно дорівнює об’єму всіх океанів Землі. Тобто якби планета від початку мала би таку кількість води, як наша, вона вже давно би перетворилася на повністю позбавлену повітря суху каменюку.
Розмір — запорука збереження гідросфери
Моделювання планет у системах, подібних до Проксими Центавра, показало, що більшість із них мають існувати в одній із двох форм: вони або повністю вкриті суцільним океаном глибиною понад 10 км, або перетворилися на голі камені. У стані, подібному до нашої Землі, перебуває лише невелика частка таких планет, причому стабільно вони можуть існувати тільки на орбітах навколо старих червоних карликів, спалахи яких значною мірою вщухли.
На щастя, Проксима b — достатньо масивне тіло. Сучасні уявлення про процеси планетоутворення свідчать, що в міру того, як новонароджена планета поглинає дрібніші тіла навколо себе й починає перевищувати за розміром Землю, вона все активніше притягує з навколишнього простору воду та гази. Вони формують водну та газову оболонки, які можуть бути у багато разів масивнішими за земні. Отже, суперземлі схильні до того, щоб бути океанідами з дуже щільними атмосферами.
Якщо така планета продовжить зростати, то може перетворитися на невеличкий крижаний гігант, схожий на Нептун. Судячи з усього, Проксима c перебуває десь на цій межі — між суперземлею-океанідою та маленьким газовим гігантом. А ось Проксима b для цього замала. Однак якщо вірними виявляться верхні оцінки її розміру та маси, ми цілком можемо розраховувати на те, що на початку свого існування вона, ймовірно, мала киснево-азотну атмосферу, вдесятеро щільнішу, ніж у Землі, та океан завглибшки в десятки кілометрів. А це більше, ніж вона могла втратити за кілька мільярдів років «сусідства» з Проксимою Центавра. Тобто вона цілком може й зараз мати потужні атмосферу та гідросферу.
Як врятуватися від радіації
Великий розмір Проксими b — це запорука того, що життя на ній існує навіть попри скажені дози випромінювання, які вона регулярно отримує від своєї зірки. Насправді землеподібні планети досить непогано захищені від зоряних спалахів. Головним захистом є магнітне поле, яке частково розсіює заряджені частинки. Існує думка, що у припливно захоплених планет сильного магнітного поля не може бути, адже вони не обертаються, а його джерелом виступає саме обертання внутрішніх оболонок небесного тіла.
Але насправді припливне захоплення, як зазначалося вище, не призводить до повної зупинки обертання, а лише до його синхронізації. А у такої масивної планети, як Проксима b, ядро має залишатися розжареним і рухливим дуже довго, тож, цілком можливо, вона має навіть потужніше магнітне поле, ніж Земля. Однак його, швидше за все, буде достатньо лише для послаблення радіації під час спалахів, а не для її знешкодження.
Значно кращим захистом тут можуть бути масивні атмосфера та гідросфера. Навіть на Землі значну частину сонячного випромінювання сприймають саме вони. Деякі дослідники припускають, що саме на глибині у кілька сотень метрів у гіпотетичному океані Проксими b життя буде цілком убезпечене від радіації. Але щільна атмосфера, нижні шари якої за густиною подібні до рідини, цілком спроможна й сама створювати захист, порівнюваний із товщею океанських вод.
Життя на планетах червоних карликів
Варто поставити зустрічне питання: на що буде схоже життя, яке існує майже виключно у товщі води, оскільки ані суходолу, ані дна немає? Цілком можливо, що воно так ніколи й не досягне чогось більшого, ніж найпростіші багатоклітинні організми.
Щодо ймовірного життя у системі Проксими Центавра наразі ми маємо набагато більше припущень, ніж реальних фактів. Є аргументи на користь його відсутності у системі, є — на користь його можливості. Для того, аби дізнатися, які з них вірні, нам потрібно більше інформації. Червоні карлики складають приблизно три чверті від усіх зірок у Галактиці. Тому багато потенційно землеподібних планет, із якими ми зіткнемось у майбутньому, будуть океанідами, що витримують жорсткі зоряні спалахи й при цьому перебувають у резонансі зі своїм світилом. Тож розуміння процесів кліматоутворення на Проксимі b — це ще й ключ до всіх таких систем.
Тільки найцікавіші новини та факти у нашому Telegram-каналі!
Долучайтеся: https://t.me/ustmagazine
