Проксима Центавра — ближайшая к нам звезда. До недавнего времени тот факт, что вокруг нее обращаются планеты, был сенсацией. Следующим интересным и непростым вопросом является возможность существования на этих планетах жизни.
Маленькая звезда рядом с нами
Проксима Центавра — маленькая звезда. Ее радиус примерно в семь раз меньше солнечного, то есть она всего на 40% больше Юпитера. Излучает она на 4 порядка меньше энергии, чем Солнце, а значит, чтобы получать столько же тепла, сколько Земля, планета должна находиться значительно ближе к ней.
Тот факт, что ближайшая к нам звезда является частью тройной системы α Центавра, никоим образом не влияет на планеты вокруг нее. Дело в том, что Проксима обращается вокруг компонентов А и В этой системы по орбите, большая полуось которой составляет 8700 а.е., то есть даже при прохождении перицентра эти две звезды с поверхности ее планет кажутся именно звездами, а не двумя дополнительными солнцами.
Планеты на орбитах Проксимы Центавра действительно существуют. Первую открыли в 2016 году. Проксима b — большое землеподобное тело, радиус которого, по разным оценкам, больше земного на 7-30%, а масса на 17-60% превышает массу нашей планеты. Обращается она на расстоянии всего 7,5 млн км от центрального светила. Следовательно, она расположена в зоне, где могла бы существовать жизнь земного типа.
Ледяная Проксима c
Другая планета системы — Проксима c — была открыта в 2019 году. О ней мы знаем не так много: она в семь раз массивнее Земли и движется по орбите со средним радиусом 223 млн км, далеко за пределами зоны, в которой возможна жизнь. Поскольку радиус этого объекта неизвестен, его природа до сих пор является предметом споров. Если он достаточно велик, то это может быть газово-ледяной гигант, похожий на маленькую копию Нептуна. Если же он меньше, то Проксима c — ледяная суперземля (вероятно, океанида, водная оболочка которой промерзла на глубину по крайней мере нескольких километров).
В любом случае жизнь на Проксиме c маловероятна. Конечно, если она представляет собой ледяную океаниду, теоретически на какой-то глубине может существовать подледный океан, как на некоторых спутниках планет-гигантов в Солнечной системе. И условия жизни в этом океане, никогда не освещаемом крошечным местным солнцем, могут поддерживаться за счет подводных вулканов. Однако сама возможность полностью воссоздать биосферу целой планеты по подобному принципу до сих пор остается дискуссионной.
Проксима b и приливные силы
Но может оказаться, что Проксима c — действительно наиболее пригодная к жизни планета в ближайшей к нам звездной системе. Дело в том, что из-за небольшой светимости Проксимы Центавра зона возле нее, в которой возможно существование живых организмов, расположена к ней настолько близко, что приливные силы тормозят планету, согласовывая период ее вращения вокруг собственной оси с обращением вокруг звезды. Вследствие этого она может находиться в одном из резонансов, и мы наверняка не знаем, в каком именно.
Если это резонанс 3:2, то ничего страшного в этом нет. Планета за два своих года совершает три оборота вокруг собственной оси. С учетом того, что один оборот вокруг звезды составляет 11,2 земных суток, это означает, что местные сутки на ней длятся 7,5 земных суток и перепады температуры в течение этого периода достаточно значительны. При этом стоит помнить, что сама по себе планета получает от звезды лишь 79% того тепла, которое Земля получает от Солнца, то есть является достаточно холодной.
При резонансе 1:1 все значительно хуже. Такие планеты называются приливно захваченными, то есть нормальной смены дня и ночи там не происходит вообще. Одна сторона в таком случае Проксимы b все время повернута к звезде и на ней царит вечный день, а температура может достигать 40°C. Другая же — находится в постоянной ледяной ночи. Некоторое время исследователи считали, что такая особенность делает большую часть всех подобных планет непригодными для жизни, но впоследствии это утверждение признали не соответствующим действительности.
Океаны имеют значение
На самом деле предположение о том, что приливный захват Проксимы b приводит к превращению одной ее стороны в выжженную пустыню, а другой — в ледник, было бы логичным, если бы на ней не существовало заметной атмосферы и гидросферы. Но если они есть, то все оказывается не таким однозначным. Дело в том, что в любом океане и газовой оболочке при неравномерном нагревании возникают конвективные движения. На Земле это проявляется в виде ветров, а также холодных и теплых океанических течений.
На Проксиме b такие течения активно переносили бы теплую воду и воздух с освещенного полушария на затемненное, а в обратном направлении — холодную воду со льдом. Таким образом температура начала бы немного выравниваться. Компьютерное моделирование, осуществленное в 2018 году, показало, что в случае, когда вся поверхность покрыта океаном, тепло из нагретой зоны распространяется вдоль экватора планеты далеко на темную сторону, создавая почти замкнутое кольцо чистой воды.
То же исследование показало, что суша на дневной стороне выступала бы как концентратор температуры, то есть сама она нагревалась бы очень сильно, в то время как вода вокруг оставалась бы достаточно холодной, и эффективного перераспределения тепла по планете не происходило бы. Также было установлено, что очень важна толщина атмосферы и концентрация в ней водяного пара. Если газовая оболочка Проксимы b тоньше земной, то распределение тепла по ее поверхности очень неравномерно. А массивная атмосфера с максимальной концентрацией пара способствует более равномерному прогреву, в результате чего этот достаточно холодный мир может оказаться почти полностью освобожденным ото льда.
Либрация по широте
Также интересным моментом являются некоторые особенности вращения экзопланеты. Влиять на климат может наклон ее оси. Если он достаточно велик, то в процессе вращения вокруг звезды центр ее максимальной освещенности будет смещаться то к северу, то к югу. На Земле с этим процессом связаны смены времен года. На Проксиме b вследствие синхронизации ее вращения и «года» длиной всего 11 суток привычной нам ситуации с холодным-темным и светлым-теплым периодом года наблюдаться не будет.
Однако смещаться будет терминатор — граница освещенного и темного полушарий, которая обычно в моделях планет с приливным захватом остается неизменной. В течение года она будет «переползать» то на север, все больше открывая приполярную зону, то на юг, совершая то же самое для южной приполярной области. При этом величина этого явления, называемого широтной либрацией, будет зависеть от наклона оси планеты к плоскости ее орбиты. В конце концов, она может двигаться, «лежа на боку», как это происходит в Солнечной системе с Ураном. Тогда никакого приливного захвата не будет.
Либрация по долготе
Кроме широтной либрации, в случае приливного захвата Проксимы b возможна еще и долготная. Ее наличие зависит от того, каков эксцентриситет планетной орбиты, то есть насколько она отличается от круговой. Здесь ситуация достаточно неоднозначная. С одной стороны, большой эксцентриситет может привести к довольно ощутимым колебаниям температуры, которые, впрочем, будут кратковременными, поскольку длительность года все равно составляет 11,2 суток.
Однако значительную роль играет то, что по орбите с высоким эксцентриситетом планета движется весьма неравномерно: быстрее всего — по ближайшему к звезде участку, медленнее — по наиболее удаленному. Но скорость осевого вращения останется постоянной. И это заметно нарушит согласованность, а значит, терминатор будет двигаться то на восток, то на запад, вызывая изменение освещенности в некоторых областях. Правда, и при широтной, и при долготной либрации воображаемый житель этой зоны не будет наблюдать такую смену дня и ночи, как мы на Земле. Звезда будет вставать над горизонтом, некоторое время подниматься над ним, замирать и садиться почти в том же месте, где взошла. Но все равно это положительно отразится на установлении стабильного климата.
Итак, приливный захват не является проблемой для существования жизни на Проксиме b. Даже при резонансе 1:1 у планеты остается шанс поворачиваться к звезде то одной, то другой стороной, а наличие на ней океана будет способствовать распространению тепла по всей поверхности.
Смертоносные вспышки
Впрочем, самой большой угрозой для потенциальной жизни на Проксиме b является сама звезда. Несмотря на свои небольшие размеры, Проксима Центавра — крайне неспокойная по сравнению с нашим Солнцем. Она, как и примерно треть других красных карликов, относится к типу вспыхивающих звезд. Этот процесс очень похож на вспышки, происходящие на нашем светиле и время от времени представляющие угрозу для земной электроники.
Только на Проксиме Центавра эти события значительно мощнее. Так, в марте 2017 года на ближайшей к нам звезде наблюдалась вспышка, во время которой интенсивность ее излучения за 10 секунд выросла в 10 тысяч раз во всех диапазонах — от радиоволн до гамма-лучей. Продолжаются такие вспышки от пары минут до нескольких часов, но их высокая интенсивность за сотни миллионов лет должна оказать действительно разрушительное воздействие на планету, находящуюся к звезде настолько близко, как Проксима b.
И проблема не только в том, что такая интенсивная радиация может убить все живое на поверхности. Значительно важнее, что вспышка столь высокой энергии, достигая планеты, буквально срывает с нее молекулы атмосферы и гидросферы. Подсчитано, что за первые несколько сотен миллионов лет своего существования Проксима b должна была бы потерять объем воды, примерно равный объему всех океанов Земли. То есть если бы эта планета изначально имела бы такое количество воды, как наша, то уже давно бы превратилась в полностью лишенный воздуха сухой камень.
Размер — залог сохранения гидросферы
Моделирование планет в системах, подобных Проксиме Центавра, показало, что большинство из них должны существовать в одной из двух форм: они либо покрыты сплошным океаном глубиной более 10 км, либо превратились в голые камни. В состоянии, подобном нашей Земле, пребывает лишь небольшая доля таких планет, причем стабильно они могут существовать только на орбитах вокруг старых красных карликов, вспышки которых в значительной степени угасли.
К счастью, Проксима b — достаточно массивное тело. Современные представления о процессах планетообразования говорят о том, что по мере того, как новорожденная планета поглощает более мелкие тела вокруг себя и начинает превышать по размеру Землю, она все активнее притягивает из окружающего пространства воду и газы. Они формируют водную и газовую оболочки, которые могут быть во много раз массивнее земных. Следовательно, суперземли склонны к тому, чтобы стать океанидами с очень плотными атмосферами.
Если такая планета продолжит расти, то может превратиться в небольшой ледяной гигант, похожий на Нептун. Судя по всему, Проксима c находится где-то на этой грани — между суперземлей-океанидой и маленьким газовым гигантом. А вот Проксима b для этого маловата. Однако если верными окажутся верхние оценки ее размера и массы, мы вполне можем рассчитывать, что в начале своего существования она, вероятно, имела кислородно-азотную газовую оболочку, в десять раз более плотную, чем Земля, и океан глубиной в десятки километров. А это больше, чем она могла потерять за несколько миллиардов лет «соседства» с Проксимой Центавра. То есть она вполне может и сейчас иметь мощные атмосферу и гидросферу.
Как спастись от радиации
Большой размер Проксимы b — это залог того, что жизнь на ней существует, даже несмотря на бешеные дозы излучения, которые она регулярно получает от своей звезды. На самом деле землеподобные планеты довольно неплохо защищены от звездных вспышек. Главной защитой является магнитное поле, частично рассеивающее заряженные частицы. Существует мнение, что у приливно захваченных планет сильного магнитного поля не может быть: ведь они не вращаются, а его источником выступает именно вращение внутренних оболочек небесного тела.
Но на самом деле приливный захват, как отмечалось выше, не приводит к полной остановке вращения, а лишь к его синхронизации. А у такой массивной планеты, как Проксима b, ядро должно оставаться раскаленным и подвижным очень долго, поэтому, вполне возможно, она имеет даже более мощное магнитное поле, чем Земля. Однако его, скорее всего, будет достаточно лишь для ослабления радиации во время вспышек, а не для ее обезвреживания.
Значительно лучшей защитой здесь могут быть массивные атмосфера и гидросфера. Даже на Земле значительную часть солнечного излучения воспринимают именно они. Некоторые исследователи предполагают, что именно на глубине в несколько сотен метров в гипотетическом океане Проксимы b жизнь будет полностью защищена от радиации. Но мощная атмосфера, нижние слои которой по плотности подобны жидкости, вполне способна сама создавать защиту, сравнимую с толщей океанских вод.
Жизнь на планетах красных карликов
Стоит задать встречный вопрос: на что будет похожа жизнь, существующая почти исключительно в толще воды, поскольку ни суши, ни дна нет? Вполне возможно, что она так никогда и не достигнет чего-то большего, чем простейшие многоклеточные организмы.
Относительно вероятной жизни в системе Проксимы Центавра имеется гораздо больше предположений, чем реальных фактов. Есть аргументы в пользу ее отсутствия в системе, есть — в пользу ее возможности. И для того, чтобы узнать, какие из них верны, нам нужно больше информации. Красные карлики составляют примерно три четверти всех звезд в Галактике. Поэтому многие потенциально землеподобные планеты, с которыми мы столкнемся в будущем, окажутся океанидами, выдерживающими жесткие звездные вспышки и при этом находящимися в резонансе со своим светилом. Так что понимание процессов климатообразования на Проксиме b — это еще и ключ ко всем таким системам.
Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!
Присоединяйтесь: https://t.me/ustmagazine
