Прогностический центр МЕТЕО побеседовал в День космонавтики об экзопланетах и покорении космоса с Валерием Ивановичем Шематовичем – доктором физико-математических наук, заведующим Отделом исследований Солнечной системы Института астрономии РАН.
– Валерий Иванович, в СМИ промелькнула новость об очередном открытии экзопланеты. Изучению экзопланет уделяется много времени и сил в настоящее время?
– Да, исследование экзопланет самая горячая тема в современной астрофизике и астрономии. У нас в стране, например, исследования в области физики космоса ведутся активно. При поддержке Министерства науки и высшего образования в 2020 году стартовал крупный проект исследования экзопланет под руководством академика Льва Матвеевича Зеленого из Института космических исследований РАН. Цель этого проекта – консолидация исследований экзопланет. Проект объединит теоретические и наблюдательные исследования экзопланет. В нем принимают участие более 10 исследовательских организаций.
– В России больше внимание уделяется в первую очередь теории или наблюдениям?
– Российские исследователи активно работают в области теоретического моделирования. Назову две ведущие группы ученых. Первая в Институте астрономии РАН, где работаю я, вторая в Институте лазерной физики Сибирского отделения РАН. Мы очень тесно сотрудничаем, и наши наработки получили мировое признание. Разработанные нами теоретическое модели широко применяются для интерпретации наблюдений, которые сейчас активно проводятся во всем мире.
Кроме того, в Институте астрономии РАН в конце 2019 года при поддержке Министерства науки и высшего образования была создана лаборатория под названием «Исследования звезд с экзопланетами» под руководством ученого с мировым именем – профессора Университета Уппсалы Николая Евгеньевича Пискунова. Там во главу угла поставлено изучение эволюции экзопланет, исследование их атмосферы. Основное внимание уделяется экзопланетам земного типа, их атмосферам и, конечно, даются оценки их потенциальной обитаемости. Эти нововведения говорят о том, что исследование экзопланет в России сейчас ведется чрезвычайно активно и выходит на новый уровень.
– Можно ли назвать страны – лидеры в изучении экзопланет?
– О странах-лидерах говорить не совсем корректно. Лидируют космические агентства и ассоциированные с ними исследовательские группы. Во-первых, это NASA. Во-вторых, Европейское космическое агентство, Европейская южная обсерватория. Они проводят наблюдения и ставят эксперименты при помощи как наземных средств, так и космических. В настоящее время активно работает космический телескоп TESS. С его помощью совершается множество открытий экзопланет. А в конце прошлого года был запущен небольшой телескоп Cheops, принадлежащий Европейскому космическому агентству. А в России большие надежды возлагаются на готовящийся к работе телескоп «Спектр-УФ», который будет наблюдать экзопланеты в диапазоне ультрафиолетового излучения. Его запуск планируется в 2024 или в 2025 году, и данные, которые он будет собирать, пополнят копилку сведений, получаемых от других аппаратов. Работа активная – и важную роль в ней играет сотрудничество.
– А телескоп Gaia, благодаря которому недавно была открыта новая экзопланета, может и дальше совершать подобные открытия?
– Да, но все же главная задача телескопа Gaia – это исследование в первую очередь звезд и изменения их скоростей. Открытие у этих звезд планет –побочный продукт деятельности телескопа. Зато TESS, запущенный NASA, бесспорный лидер по открытию экзопланет. Он порядка трех лет работает на орбите, и с его помощью за это время открыто более двух тысяч экзопланет. Вернее их сначала называют кандидатами в экзопланеты, и только потом они получают звание экзопланет.
– Расскажите, пожалуйста, подробнее про TESS.
– Телескоп TESS существенно продвигает нас в изучении экзопланет. Этот телескоп наблюдает звездные системы, расположенные недалеко от нашей Солнечной системы, на расстоянии порядка ста парсек. Он смотрит на наиболее яркие звезды в относительной близи от нашего Солнца. С помощью телескопа совершен ряд интересных открытий, наблюдаются экзопланеты земного типа или так называемые «суперземли». Открытия совершаются при помощи транзитного метода, то есть фиксируется изменение яркости звезды, светимость немного падает, когда обращающаяся вокруг звезды планета проходит по диску.
– Значит, транзитный – основной метод открытий экзопланет?
– Да, это часто применяемый и наиболее результативный. Телескопы TESS и его «предшественник» телескоп Kepler открыли с его помощью около шести тысяч экзопланет. Наверное, около 80% этих небесных тел открыто именно методом транзита. Помимо прочего, метод позволяет увидеть, есть ли атмосфера у экзопланет.
– Какая основная цель изучения экзопланет? Попытки найти похожие на нашу Землю?
– Безусловно, найти «сестер» нашей родной планеты. А кроме того, найти экзопланеты, расположенные в зонах потенциальной обитаемости своих звезд. Мы хотим найти Землю 2.0, проанализировать ее атмосферу и ее биомаркеры – то есть оценить потенциальную обитаемость планеты по ее физическим и химическим признакам. Работы в этом направлении активно ведутся. К сожалению, наш астрономический инструментарий пока не позволяет дать стопроцентно точные ответы на вопросы, есть ли жизнь на той или иной планет. Впрочем, исследования ведутся, и более шести тысяч открытых планет – это уже прекрасные результаты!
Согласно статистике, мы можем сказать, что в нашей галактике, Млечном пути, почти у каждой звезды есть одна экзопланета или несколько. Статистика говорит также, что у звезд солнечного типа есть высокая вероятность открытия экзопланет земного типа. Сейчас ученые утверждают, что в 36% случаев такие планеты могут находиться в зоне потенциальной обитаемости.
– Что такое планета земного типа?
– Это каменистая планета примерно земного радиуса или чуть больше. На поверхности должна быть вода в жидком состоянии. Это означает, что планета находится на оптимальном расстоянии от звезды, и на ней могут быть такие же комфортные условия, как и на Земле. Жидкая вода и комфортная температура – залог возникновения жизни, какую мы знаем.
Наша задача – найти такие экзопланеты, изучить их физические и химические свойства и сказать: вероятность обитаемости такой планеты высока. Впрочем, наши вердикты о жизни или условиях для жизни пока носят вероятностный характер. Ведь появление и развитие этой самой жизни мы пока видели только на примере одной-единственной планеты в галактике!
– Кто еще, помимо астрономов и физиков, занимается изучением экзопланет?
– В этой области сосредоточен целый комплекс наук. Добавляется приставка «астро-» и получается астрохимия, астробиология. Так что специалистов разных профилей немало!
– А что насчет ближних рубежей? Марс более перспективен, чем далекие планеты, или менее?
– Марс сейчас очень активно изучается. В данный момент порядка шести или семи космических аппаратов находятся на орбите Красной планеты. На поверхности – три марсохода, все американские. Но в ближайшее время ожидается посадка еще двух – марсохода китайской миссии и второго – отправленного Объединенными Арабскими Эмиратами. Разные страны вовлекаются в исследования! В 2022 году полетит еще один марсоход – в рамках космической миссии «Экзомарс», прорабатываемой Российским космическим агентством и Европейским космическим агентством. Словом, на поверхности Марса и его орбите собирается целая флотилия.
– Почему такое пристальное внимание к Марсу?
– Марс достаточно похож на Землю. В нашей Солнечной системе есть три планеты земного типа. Вернее четыре, но Меркурий мы все же не будем рассматривать. Итак: это Венера, Земля и Марс. С точки зрения астрофизики, все они формировались примерно в одинаковых условиях, рядом друг с другом. Но сейчас мы видим, как они пошли по разным дорогам и их эволюция 4,6 млрд двигалась разными путями. А основная цель марсианских миссий – ответить, есть ли жизнь на Марсе сейчас и была ли она в прошлом. Все научные программы стремятся ответить на этот вопрос.
– А к Венере остался столь же живой интерес, какой был у Советского Союза в свое время и у Америки?
– Да, остался. Правда, Венера находится у внутренних границ зоны потенциальной обитаемости нашей системы, атмосферное давление там высокое, и в целом условия для жизни очень некомфортные. При этом мы знаем, что когда-то, на ранних этапах, там был океан, который испарился в космос. Однако интерес к ней не затухает. И у СССР, и у России всегда были активные планы по изучению Венеры. И сейчас одобрена новая миссия к Венере. Будут искать жизнь на ее поверхности и в облачном слое. Удивительно, но на высоте 70 километров от поверхности есть условия для существования жизни – правда, простейшей.
– Марс более дружелюбен… По крайней мере, кислотных дождей там нет.
– Марс вообще похож на Землю – особенно они были тождественны друг другу на ранних этапах своего существования. Но Марс в отличие от Земли находится ближе к краю зоны обитаемости. Когда-то там имелся и океан, и мягкий влажный климат. Сейчас на Марсе холодно и сухо. Похожие условия можно наблюдать в земной пустыне Атакама в Чили. Но есть некое указание на то, что в свое время на Марсе была вода, может даже, и глобальный океан. И все исследования с марсоходами нацелены на то, чтобы это доказать. Места посадки аппаратов выбираются соответствующим образом – где есть шанс обнаружить следы существовавшей жизни либо существующей в данный момент. Но опять же жизни простейшей и, вероятно, таящейся под поверхностью. А на самой поверхности условия далеко не самые благоприятные. Радиационный фон повышен, жесткое ультрафиолетовое излучение Солнца буквально стерилизует поверхность, так как атмосфера практически утеряна. Она более чем в сто раз разрежена, нежели земная.
Там не менее миссии исследуют Красную планету, ищут либо остатки жизни, которая была в самом начале. А жизнь в Солнечной системе возникла очень рано. Есть разные оценки того, когда это произошло: 4 млрд лет назад, 3,6 млрд лет назад. Условия на Марсе в те далекие времена, по-видимому, совпадали с земными. Но затем перестало работать магнитное поле Марса, солнечный ветер и солнечное излучение способствовали утрате атмосферы, и поэтому сейчас на Марсе условия жесткие.
– А на других телах Солнечной системы жизнь ищут?
– Конечно. Жизнь мы ищем не только на Венере или Марсе, но и на других телах Солнечной системы. Миссии к другим объектам, где мы тоже можем надеяться отыскать жизнь, планируются. А Марс – первая остановка на нашем пути поисков жизни в Солнечной системе. Он всего в 1,5 раза дальше от Солнца, чем наша Земля.
– Оцените вероятность колонизации Красной планеты?
– Планы освоения или даже колонизации Марса, выдвинутые Илоном Маском, пока набросаны широкими мазками, и они еще требуют уточнения. Мы должны оценить условия на Марсе и понять, насколько освоение Марса будет результативным. Атмосфера не слишком благоприятная. Но зато есть немало запасов льда, и поэтому из этого льда мы сможем при условии развитых технологий получать и водород, и кислород, а значит, и топливо. С учетом этого люди работают над колонизацией Марса. Наше Солнце порядка 5 млрд лет будет светить ровно. Но потом оно сожжет весь водород и превратится в красный гигант. Его внешние границы окажутся на орбите Земли. Но это все в далеком-далеком будущем. А что актуально сейчас – так это ресурсы. Мы должны думать, где их добыть. И в самом трагическом случае – искать место, куда можем переехать с Земли. Впрочем, упоминая такие сценарии, мы забредаем в область научной спекуляции. Колонизация других планет – дело далекого будущего!
– Что ж, поживем – увидим! Спасибо за содержательную беседу и с профессиональным праздником Вас, Валерий Иванович!
