Поиск планет за пределами нашей Солнечной системы

«Вокруг каждой звезды, которую мы видим в небе, вращается по меньшей мере одна планета», — говорит астроном Сара Сиджер. Что же мы знаем об этих экзопланетах и как можем узнать больше? Сиджер знакомит нас со своей любимой группой экзопланет и показывает новые технологии, помогающие собирать о них информацию и даже искать экзопланеты, на которых есть жизнь.

Я здесь, чтобы рассказать вам
о реальных поисках внеземной жизни.

Не о маленьких зелёных гуманоидах,
прилетающих на светящихся НЛО,

хотя это было бы мило,

а о поиске планет,
вращающихся вокруг далёких звёзд.

Каждая звезда на небе — это солнце.

И как у нашего Солнца есть планеты —
Меркурий, Венера, Земля, Марс, и т.д. —

так и у других звёзд
также могут быть планеты.

И они есть.

За последние два десятилетия

астрономы нашли уже тысячи экзопланет.

Наше ночное небо
буквально кишит экзопланетами.

По статистике

у каждой звезды
есть по меньшей мере одна планета.

В поиске планет,

а в будущем —
планет, похожих на Землю,

мы сможем ответить

на одни из самых удивительных
и загадочных вопросов,

с которыми веками
сталкивалось человечество.

Почему мы есть?

Почему существует наша Вселенная?

Как Земля сформировалась и развивалась?

Как и почему возникла жизнь
и заполнила нашу планету?

Второй вопрос,
который мы часто задаём себе:

«Одни ли мы?»

«Есть ли инопланетная жизнь?»

«Кто они, инопланетяне?»

Этот вопрос стоит уже тысячи лет,

по крайней мере со времён
греческих философов.

Я здесь сегодня, чтобы рассказать вам,

как близки мы к разгадкам этих тайн.

Впервые в человеческой истории
это в пределах наших возможностей.

Когда я думаю о возможности
существования инопланетной жизни,

я думаю о том, что наше Солнце —
всего лишь одна из множества звёзд.

Вот фотография настоящей галактики.

Мы думаем, наш Млечный путь
похож на эту галактику.

Это скопление связанных звёзд.

Наше Солнце — одна
из сотен миллиардов звёзд,

а наша галактика — одна
из свыше сотен миллиардов галактик.

Зная, что маленькие планеты
очень распространены,

можно просто посчитать.

Вокруг нас так много звёзд
и так много планет,

что, конечно, должна быть жизнь
где-нибудь во Вселенной.

Биологи придут в ярость от моих слов,

ведь до сих пор нет ни единого
доказательства жизни, кроме земной.

Если бы мы могли посмотреть
на нашу галактику из космоса

и увеличить то место,
где находится наше Солнце,

мы бы увидели
настоящую звёздную карту.

На переднем плане — звёзды
с известными экзопланетами.

Это всего лишь вершина айсберга.

Посмотрим поближе на Солнечную систему.

Здесь вы видите планеты,

а также некоторые летательные аппараты,
которые также вращаются вокруг Солнца.

Представим, что мы находимся
на западном побережье Северной Америки

и смотрим на ночное небо.

Вот что мы бы увидели весенней ночью.

Вы можете увидеть наслоение созвездий.

И снова — так много звёзд с планетами.

Вот особый участок неба,
где находятся тысячи планет.

Здесь космический телескоп «Кеплер»
многие годы ведёт наблюдения.

Давайте посмотрим поближе
на одну из любимых экзопланет.

Эта звезда названа Kepler-186f.

Это пятипланетная система.

Кстати, о большинстве этих экзопланет
мы не слишком много знаем.

Мы знаем их размеры,
их орбиты и тому подобное.

Но вот особенная планета
под названием Kepler-186f.

Она расположена
не слишком далеко от звезды,

поэтому температура
может быть пригодна для жизни.

Здесь художник хотел приблизить

и показать, на что может быть
похожа эта планета.

У многих людей есть такое
романтическое представление об астрономах,

идущих на одинокую горную вершину

и смотрящих на захватывающее
ночное небо через большой телескоп.

Но на самом деле мы работаем
на компьютерах, как и все остальные,

получая данные по электронной почте
или скачивая с базы данных.

Вместо того,
чтобы прийти сюда и рассказывать

о несколько утомительной
структуре и анализе данных

и сложных компьютерных моделях,
которые мы создаём,

я постараюсь проще объяснить вам

некоторые вещи об экзопланетах,
над которыми мы работаем.

Это туристический плакат:

«Kepler-186f.

Там, где трава всегда краснее
с другой стороны».

Это из-за красной звезды,
вокруг которой вращается Kepler-186f.

И мы только предполагаем,
что, возможно, у растений—

если там имеется растительность,
в которой происходит фотосинтез, —

могут быть другие пигменты,
и трава выглядит красной.

«Наслаждайся гравитацией
на HD 40307g — Суперземле».

Это более массивная планета, чем Земля.

На её поверхности
более сильная гравитация.

«Отдохните на Kepler-16b,

где у вашей тени всегда есть компания».

(Смех)

Нам известна дюжина планет,
вращающихся вокруг двух звёзд,

но, скорее всего, их намного больше.

Если бы мы могли посетить эти планеты,

то увидели бы 2 заката,

и у нас было бы две тени.

Фантастика верно предсказала
некоторые вещи.

Татуин из «Звёздных Войн».

У меня есть несколько любимых экзопланет,
о которых я хочу рассказать.

Это одна из них — Kepler-10b.

Это очень горячая планета.

Её орбита в 50 раз ближе к своей звезде,

чем наша земная орбита к Солнцу.

Там так горячо,

что даже если бы мы смогли
долететь до одной из этих планет,

то расплавились бы задолго до прибытия.

Мы думаем, что её поверхность
достаточно горяча, чтобы плавились камни

и были озёра из лавы.

Gliese 1214b.

Мы знаем массу и размеры планеты

и то, что у неё довольно низкая плотность.

Она относительно тёплая.

Мы толком ничего не знаем
об этой планете,

но есть вероятность, что это водный мир,

похожий на увеличенную версию
ледяных лун Юпитера

и состоящий на 50% из воды.

В этом случае на ней должна быть
атмосфера из густого пара,

покрывающая океан

из воды не в жидком,

а в необычном сверхтекучем состоянии —

не совсем газ и не совсем жидкость.

Под всем этим должны быть камни

в форме сильно спрессованного льда,
как Лёд IX.

Из этих планет,

разнообразие которых
просто поразительно,

мы больше всего хотим найти планеты
«зоны обитаемости», как мы их назвали.

Не слишком большие,
не слишком маленькие,

не слишком горячие,
не слишком холодные —

как раз пригодные для жизни.

Но чтобы сделать это, нужно взглянуть

на атмосферу планеты,

потому что она как одеяло,
удерживающее тепло, —

парниковый эффект.

Мы должны уметь
определять парниковые газы

на других планетах.

Иногда фантастика ошибается.

Кораблю «Энтерпра́йз»
из «Звёздного пути»

приходилось путешествовать на огромные
расстояния с невообразимой скоростью

к орбитам других планет,

чтобы первый помощник капитана Спок
мог исследовать атмосферу

и понять, обитаема ли планета

и есть ли на ней формы жизни.

Нам не обязательно путешествовать
на сверхскоростях,

чтобы увидеть атмосферу планет,

хотя я не хочу отговаривать инженеров

от их разработки.

Мы можем и исследуем атмосферы планет

отсюда, с земной орбиты.

Это фотография
космического телескопа «Хаббл»,

сделанная с борта
космического корабля «Атлантис»

после последнего полёта
человека на «Хаббл».

Они установили новую камеру,

которую мы используем
для атмосфер экзопланет.

Мы можем исследовать дюжины
атмосфер экзопланет,

и около шести из них —
в мельчайших подробностях.

Но это не маленькие планеты, как Земля,

а большие горячие планеты,
которые легко увидеть.

Мы пока не готовы, у нас нет технологий,

чтобы исследовать маленькие экзопланеты.

Тем не менее, я хочу объяснить вам,

как мы исследуем атмосферу экзопланет.

Я хочу, чтобы вы представили радугу.

Если бы мы смогли
взглянуть на неё поближе,

мы бы увидели, что отсутствуют
некоторые тёмные линии.

Здесь наше Солнце.

Белый свет нашего Солнца распадается

не от капель дождя,
а с помощью спектрографа.

Здесь видны все эти
тёмные вертикальные линии:

некоторые — узкие,
некоторые — широкие,

некоторые — затенены по краям.

Этот способ исследования
небесных объектов используется астрономами

уже более столетия.

У всех атомов и молекул

уникальный набор линий —

отпечаток пальца, если угодно.

Таким образом мы исследуем
атмосферу экзопланет.

Я никогда не забуду, когда я
только начинала исследования

атмосфер экзопланет 20 лет назад,

многие говорили мне:
«Этого не произойдёт.

Мы никогда не сможем их изучать.
Зачем ты суетишься?»

Именно поэтому я рада рассказать
об исследованиях атмосфер.

Это огромное поле для исследований.

Когда придёт время, и мы сможем
наблюдать за другими планетами,

какие виды газов мы будем искать?

Вы знаете, что у нас в атмосфере
содержится 20% кислорода.

Это большое количество.

Но без растений и фотосинтеза

его не будет —

никакого кислорода в атмосфере.

Кислород здесь есть
из-за живых организмов.

Наша цель — искать газы
в инопланетных атмосферах,

инородные,

которые могут быть признаком жизни.

Но какие молекулы мы должны искать?

Я рассказывала вам,
как разнообразны экзопланеты.

Мы надеемся, это продолжится в будущем,
когда мы найдём другие «Земли».

Это одно из главных
направлений моей работы.

У меня есть теория.

Это напоминает мне,
что почти каждый день

я получаю письмо или письма

от кого-нибудь
с безумной теорией физики гравитации,

космологии и тому подобным.

Пожалуйста, не присылайте мне письма
с вашими безумными идеями.

(Смех)

У меня есть своя безумная теория.

Но к кому обратиться профессору MIT?

Я написала Нобелевскому лауреату
в области физиологии или медицины,

и он сказал:
«Конечно, приходи и расскажи».

Я привела двух своих друзей-биохимиков,

и мы рассказали ему нашу безумную теорию.

Идея была в том, что живые существа
производят все маленькие молекулы,

огромное количество молекул —

то, что я смогла придумать,
не будучи химиком, —

представьте: углекислый газ, угарный газ,

молекулярный водород, молекулярный озон,

метан, хлорметан — так много газов.

Они могут существовать
по различным причинам,

но только живые организмы производят озон.

Мы решили рассказать ему об этом,

и он немедленно отринул эту идею.

Нашёл опровержение.

Так что мы вернулись к чертёжным доскам

и, думаем, нашли нечто очень интересное
для другой области науки.

Но вернёмся к экзопланетам.

Дело в том, что живые организмы
производят очень много различных газов,

буквально тысячи газов.

И сейчас мы пытаемся выяснить,

на каких типах экзопланет

какие типы газов
могут быть признаками жизни.

Когда приходит время,
когда мы находим газы

в атмосфере экзопланет,

мы не можем узнать,
были ли они произведены

разумными инопланетянами, или деревьями,

или болотами,

или простейшей одноклеточной
микробной жизнью.

Работать с моделями

и размышлять о биохимии —

это, конечно, хорошо.

Но самый большой вопрос,
стоящий перед нами: «Как?»

Как мы собираемся найти эти планеты?

Есть много способов поиска,

несколько различных способов.

Один из них, на котором я больше всего
сосредоточилась, — разработка метода,

с помощью которого в будущем

мы найдём сотни
похожих на Землю планет.

У нас есть реальный шанс
в поиске признаков жизни.

Я только что завершила проект,
который вела 2 года,

на особенной стадии концепции,

которую мы называем «Звёздный экран».

«Звёздный экран» —
экран специальной формы,

цель которого — блокировать свет звезды,

чтобы телескоп мог непосредственно
наблюдать за планетами.

Здесь вы видите меня
и ещё двоих членов команды,

приподнявших
маленькую часть звёздного экрана.

У него форма огромного цветка,

и это модель одного из лепестков.

Идея в том, чтобы запустить
«Звёздный экран» вместе с телескопом,

разворачивая лепестки
из свёрнутого состояния.

Центральный узел будет расширяться

с одновременной фиксацией
лепестков в нужном месте.

Это должно быть сделано очень точно:

для лепестков буквально до микронов,

а их развёртывание — до миллиметров.

И вся эта конструкция будет летать

на расстоянии
десятков тысяч километров от телескопа.

Порядка нескольких
десятков метров в диаметре.

Её цель — блокировать
свет звёзд с такой точностью,

чтобы мы могли наблюдать
за планетами непосредственно.

У неё такая необычная форма

из-за физических законов преломления.

Над этим проектом мы работаем,

вы даже не представляете,
насколько усердно.

И чтобы вы не подумали,
что это какое-то кино,

вот настоящая фотография

испытаний развёртывания «Звёздного экрана»
второго поколения в лаборатории.

Я хочу, чтобы вы знали,

что центральный узел унаследован

от больших радио, размещаемых в космосе.

После такой тяжёлой работы,

где мы пытаемся думать о невероятных
газах, которые могут быть там,

строительства очень сложных
космических телескопов —

что мы найдём?

В лучшем случае,

мы найдём изображение
другой «Экзоземли».

Вот Земля как бледно-голубая точка.

Это реальная фотография Земли,

полученная с борта
космического аппарата «Вояджер-1»,

за четыре миллиарда миль отсюда.

Это красная полоса —
свет, рассеянный в оптике камеры.

Удивительно осознавать,

что, если есть разумные инопланетяне

на планете, вращающейся
вокруг звезды недалеко от нас,

и они строят сложные
космические телескопы,

такие, которые пытаемся строить мы,

всё, что они увидят, —
бледно-голубую точку,

свет с булавочную головку.

Временами я перестаю думать

о своей профессиональной борьбе
и огромных амбициях.

Сложно думать обо всём этом

из-за необъятности Вселенной.

Но тем не менее
я посвящу остаток своей жизни

поиску других «Земель».

Я могу заверить,

что со следующим поколением
космических телескопов,

вторым поколением,

у нас будет возможность найти и изучить
другие планеты, похожие на Землю.

Способность отделять свет звезды нужна,

чтобы мы могли искать газы,

определять парниковые газы в атмосфере,

оценивать температуру поверхности

и искать признаки жизни.

Но это ещё не всё.

Вместе с поиском похожих на Землю планет

мы создаём новый вид карты

звёзд, расположенных рядом,
и планет, вращающихся вокруг них,

включая планеты,
пригодные для жизни людей.

Я полагаю, что наши потомки

через сотни лет

отправятся в межзвёздное путешествие
в другие миры.

И они запомнят нас

как поколение, впервые открывшее
похожие на Землю планеты.

Спасибо.

(Аплодисменты)

Джун Коэн: Я передаю слово

менеджеру «Розетты», Фреду Янсену.

Фред Янсен: Вы упомянули вскользь,

что технологии наблюдения
спектра экзопланет,

подобных Земле, ещё нет.

Когда она появится по вашим прогнозам,

и что для этого нужно?

Сара Сиджер: Мы ожидаем появления
телескопа нового поколения —

космический телескоп имени Джеймса Уэбба,

который запустят в 2018 году.

Мы собираемся искать особый вид планет,

называемых «транзитными» экзопланетами.

Это будет наша первая попытка
изучения газов малых планет,

которые могут указывать
на обитаемость планеты.

Джун Коэн: Я тоже хочу
задать вам уточняющий вопрос,

как эрудит.

Меня сильно поразило то сопротивление,

с которым вы столкнулись

в начале исследований экзопланет.

Это был огромный скептицизм в научном мире
по поводу их существования,

но вы доказали их неправоту.

Что вам понадобилось, чтобы сделать это?

Сара Сиджер: Дело в том, что, как учёные,
мы должны относиться ко всему скептически,

потому что нам нужно понимать,
имеет ли смысл то,

что говорят другие или нет.

Но быть учёным,

как, я думаю, вы поняли
по этому выступлению,

это как быть исследователем.

Если у вас есть огромное любопытство,

упорство,

ваша решительность
будет двигать вас вперёд,

несмотря на разговоры других.

Джун Коэн: Хорошо сказано.
Спасибо, Сара.

(Аплодисменты)