Сколько на самом деле потенциально обитаемых планет в нашей Галактике?
В июне 2020 года канадские астрономы рассчитали, что в Млечном Пути может быть пять миллиардов планет, похожих на Землю и вращающихся вокруг звезд, похожих на Солнце. Однако это лишь видимая часть айсберга обитаемых планет. Дело не только в том, что вокруг звезд других типов их больше: и сами условия на экзопланетах в других системах могут быть куда благоприятнее для жизни, чем у нас с вами. Попробуем понять почему.
Звезды бывают разных типов. Те, что помассивнее – типа желтого карлика Солнца (спектральный класс G2) или белой звезды Сириус А (спектральный класс А1), – видны на многие световые годы. Причем по мере увеличения массы их светимость растет нелинейно: Сириус всего вдвое тяжелее нашей звезды, но светит в 25 раз ярче.
Обратное тоже верно: самый тяжелый и крупный красный карлик (спектральный класс М0) всего в пару легче Солнца, но светит примерно в 15 раз слабее. Самые легкие из них (M9) в дюжину раз легче Солнца, но уступают ему по светимости во многие тысячи раз.
Это порождает эффект «невидимой части айсберга»: красных карликов вокруг Земли (и во Вселенной вообще) огромное множество, но увидеть их по-настоящему сложно. Ближайшая к Земле звезда – Проксима Центавра – именно такой карлик: несмотря на крайне малую дистанцию в 4,3 световых года, ее невозможно разглядеть на небе невооруженным глазом. Точно установить число подобных объектов во Вселенной сложно. Оценки разнятся от 70% до 90% от всех существующих светил – но большинство из этих оценок близки к 75-76%.
Канадские астрономы, пробовавшие подсчитать число планет земного типа вокруг желтых карликов, использовали данные космических телескопов, на чьих снимках было зафиксировано 200 тысяч звезд. У них вышло, что примерно 7% из всех 400 миллиардов светил нашей Галактики – желтые карлики. Всего здесь 28 миллиардов таких звезд. Исходя из имеющихся данных по встречаемости планет у звезд класса G, ученые посчитали, что в 18% случаев в каждой из таких систем может быть планета размером с Землю, причем в зоне обитаемости. Всего таких планет может быть пять миллиардов.
А теперь посмотрим на эту ситуацию с точки зрения не желтых карликов типа нашей звезды, а оранжевых (12% всех звезд) и красных (76%). Выходит, в Млечном Пути только красных около 300 миллиардов – в 11 раз больше, чем желтых. При этом планет, по массе близких к Земле и лежащих в зоне обитаемости там, по подсчетам других астрономических групп, очень много. 40% всех красных карликов могут иметь такие экзопланеты – и тогда потенциально обитаемых планет вокруг таких звезд до 120 миллиардов.
Разумеется, само по себе наличие небесного тела в условной зоне обитаемости – далеко не гарантия присутствия там жизни. Важнейший вопрос современной экзопланетной астрономии: пригодны ли такие миры для жизни на самом деле?
Что не так со светом красных карликов
Вопреки названию, человек, который окажется на планете у красного карлика, не увидит в небе светила красного цвета. Все дело в особенности нашего зрения: оно ловит фотоны разных длин волн от источника света и «складывает» их, получая не истинный цвет объекта, а «синтетический». Классический пример – наше Солнце. Оно излучает основную часть своей энергии в зеленой части видимого спектра. Чтобы понять это, достаточно взглянуть на листву вокруг: она именно такая, чтобы эффективно отражать эту часть солнечного излучения и избегать перегрева при резком переходе от тени к солнечному свету.
Точно так же обстоят дела с лампочкой накаливания и красным карликом. Истинный их цвет – красный, но мы воспринимаем его в итоге как охряно-желтый. Впрочем, если на мирах с охряно-желтым Солнцем действительно есть жизнь, то высокоразвитая наземная растительность там будет иметь именно красный цвет, иначе ей будет затруднительно приспособиться к резкой смене освещения при прохождении над ней облака.
Долгое время часть исследователей полагала, что в основном красное и инфракрасное излучение красных звезд станет серьезной проблемой для растений на планетах вокруг них. В самом деле: энергия таких фотонов ниже, чем у зеленого света, доминирующего в излучении Солнца. Окажется ли, что красного света и ИК-излучения достаточно для фотосинтеза? Ведь известно, что обычный хлорофилл практически не может использовать световые волны дальней красной части спектра (с волнами от 700 нанометров и больше)?
Разумеется, кислород может образовываться не только с помощью хлорофилла: например, у бактерий есть белок бактериородопсин, похожий на обычный родопсин, при помощи которого мы, например, воспринимаем свет. Однако «бактериородопсиновый» фотосинтез в норме не образует кислород: значит, на его основе сложную биосферу – с кислорододышащими многоклеточными – не построить.
Так что же, свет красных звезд непригоден для «прокорма» сложной жизни? Чтобы узнать ответ на этот вопрос, не обязательно лететь к далеким звездам. В 2010 году на западном побережье Австралии открыли хлорофилл f (примерная описательная формула C55H70O6N4Mg).
В отличие от других видов хлорофилла, он обеспечивает «классический» фотосинтез с выделением кислорода – но от фотонов с длиной волны до 720 нанометров. Причины его использования фотосинтезирующими организмами в воде понятны: чем меньше длина волны электромагнитного излучения, тем сильнее оно поглощается водой. Поэтому в ряде случаев выгоднее использовать именно дальнюю часть красного диапазона.
Вспышки погубят все живое?
Другая особенность красных карликов, на которой часто останавливаются астрономы, – их склонность к сильнейшим вспышкам, которые наше Солнце показывало только в первые миллионы лет своей жизни. Во время такого события резко растет уровень рентгеновского и ультрафиолетового излучения от светила – настолько, что, как иногда утверждается, это может «стерилизовать» жизнь на поверхности подобной планеты.