«Рано или поздно цивилизация начинает сходить с ума и уничтожает себя. Как мы сейчас»

Что такое экзопланеты? Как они были открыты? Может ли на них существовать жизнь? Если да, какая она? Почему мы никак не можем зарегистрировать сигналы с других планет? Рассуждает академик Анатолий Черепащук, научный руководитель Государственного астрономического института им. М. В. Штернберга.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

«У нас взрыва не было»

— Анатолий Михайлович, давайте поговорим об экзопланетах. Почему их стали так называть?

— Конечно, в связи с поисками жизни вне Земли. Есть знаменитая формула американского ученого Фрэнка Дрейка, которая рассчитывает количество внеземных цивилизаций в нашей галактике в зависимости от разных параметров. Среди них — количество звезд, вокруг которых находятся планеты типа нашей Солнечной системы, вероятность того, что на какой-то планете температура соответствует жидкой воде, и т. д. В этой формуле стоит штук 10 множителей. И все эти множители были очень спекулятивны.

Иосиф Шкловский, автор книги «Вселенная, жизнь, разум», как раз ссылался на эту формулу и говорил: «Как жалко, что мы не открыли ни одной планеты вокруг других звезд!» Ведь главный множитель был абсолютно неизвестным.

— Шкловский высказал идею, что звезды позднего спектрального класса вращаются медленно, а раннего — быстро...

— Шкловский выдвинул гипотезу: медленное вращение звезд позднего спектрального класса связано с тем, что вокруг этих звезд образовалась планетная система, которая основной вращательный момент «забрала» с собой. Медленное вращение звезд позднего спектрального класса типа нашего Солнца стали использовать как аргумент в пользу того, что должно быть много внесолнечных планет.

Но потом появились работы, что, оказывается, звезды позднего спектрального класса обладают значительной конвекцией в атмосфере: температура атмосферы низкая, и атмосфера неустойчива по отношению к конвективным движениям. Вращение звезды и конвекция порождают магнитное поле, оно зацепляется за межзвездные облака и тормозит вращение звезды. У звезды раннего спектрального класса магнитное поле маловероятно, потому что там лучистая оболочка, она горячая, и перенос излучения легко проходит через атмосферу без конвекции. Поэтому, скорее всего, там нет сильных магнитных полей — вот они и вращаются быстро.

— Эта точка зрения царит и сейчас?

— Не совсем так. Сейчас ясно, что есть две причины медленного вращения звезд позднего спектрального класса: замедление их вращения как магнитным полем, так и планетной системой. Но многие ученые еще в 1960-х годах пытались обнаружить планеты вокруг других звезд. Казалось, если у Солнца есть планетная система, значит, и у других звезд должна быть. Голландский ученый Питер ван де Камп попытался измерить собственное движение так называемой летящей звезды Барнарда — это звезда, которая имеет собственное движение 10 угловых секунд в год, она очень близко, на расстоянии всего в несколько парсек, и очень быстро движется. И он с точностью не лучше 1/10 угловой секунды за много лет обнаружил периодические смещения этой звезды, вызванные присутствием массивной планеты. Но в середине 60-х годов более тщательные измерения опровергли этот результат.

Были и более ранние попытки. Еще в ХIХ веке выдающийся ученый Гаусс предложил в пустыне Сахара вырыть треугольный канал, чтобы с Марса могли этот треугольник заметить. А другой ученый в развитие этой идеи предложил сделать круг, залить керосином и поджечь, чтобы на «ночной стороне», когда марсиане будут наблюдать Землю, обнаружили сигнал для внеземных цивилизаций. Такой вот был жгучий интерес к этой теме.

— Каким же образом удалось обнаружить планеты вокруг других звезд?

— Ответ на этот вопрос пришел из неожиданной области: оказалось, что нейтронные звезды имеют планеты вокруг себя. Ведь нейтронная звезда — это объект размером порядка 10 км с плотностью 1015 г/см3, миллиард тонн в кубическом сантиметре. Они очень быстро вращаются, потому что они образовались в результате сжатия массивной звезды, сжатие и скорость вращения у них возрастают, у них периоды порядка секунд, в то время как время вращения Солнца — месяц. Но за счет уменьшения размера в миллионы раз у них скорость вращения очень большая. И, кроме того, у них есть магнитное поле. Оно формирует релятивистские частицы, которые излучает в радиодиапазоне. Нейтронная звезда обладает импульсами. Поскольку это вращение, то она излучает строго периодический импульс. Точность следования этих импульсов лучше точности атомных стандартов частоты, представляете?

И когда люди понаблюдали пульсары длительное время, оказалось, что у трех из этих пульсаров есть периодическая компонента во временах прихода импульсов. По этой периодической компоненте вычислили, пользуясь законами тяготения Ньютона, что вокруг них должны быть планеты с массой чуть больше Земли. Сейчас уже известны три нейтронные звезды, около которых обнаружены планеты. У одной из них даже две планеты, а у других двух нейтронных звезд по одной.

— Почему же эти планеты сохранились? Ведь нейтронные звезды должны были их разорвать.

— Да, это было поразительно. Люди сразу задумались: как могли появиться планеты около нейтронной звезды, которая образовалась в результате взрыва сверхновой? Огромная энергия, оболочка — она бы просто снесла их, потому что скорость оболочки — 10 тыс. км/сек. Но этого не случилось. Сейчас считается, что планеты образовались не из первоначальной звезды, а после взрыва сверхновой. Когда одиночная вращающаяся нейтронная звезда образовалась, часть выброшенного вещества упала назад (так часто бывает в модельных расчетах), и некоторое количество вещества под действием гравитации вернулось назад. Так вокруг нейтронной звезды образуется диск, и из этого диска рождаются планеты.

— У нас тоже так было?

— У нас взрыва не было. Солнце — это спокойная звезда. Мы формировались нормальным образом из газопылевого облака, оно вращалось, в центре образовалось сначала прото-Солнце, потом — Солнце, а из остатков газового облака — планеты.

«Мы с волнением ждем, когда появятся линии кислорода и азота»

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

— Каким образом были открыты планеты вокруг обычных звезд?

— Они были открыты в 1995-м. Два швейцарских ученых, Мишель Майор и Дидье Кело, заметили, что линии в спектре звезды 51 в созвездии Пегаса испытывают периодические доплеровские смещения с очень маленькой амплитудой, всего 50 м/сек. К этому успеху привело то, что на протяжении примерно 10 лет до этого астрономы стали сильно повышать точность измерений доплеровских смещений линий в спектрах звезд. У звезды типа Солнца очень много линий в спектре, линий металлов и т. д. Массивные звезды горячие, там только редкие линии гелия и водорода. А у звезд типа Солнца тысячи линий.

Второе: делается некоторая прозрачная кювета с фтористым натрием, и через нее пропускается свет звезды, так что спектр получается с наложением стандартных линий фтористого натрия и звезды. Раньше спектры снимали с помощью так называемого ласточкиного хвоста, когда из-за температурных возмущений происходят некоторые ошибки накопления. А здесь вы оба спектра — звезды и спектра фтористого водорода — наблюдаете одновременно. И тысячи линий! Обычная точность определения лучевых скоростей доплеровских сдвигов за счет движения составляет около километра в секунду. А здесь — несколько метров в секунду, то есть почти в 1000 раз возросла точность измерения лучевых скоростей звезд.

— Благодаря этому обнаружили планеты вокруг других звезд?

— Да, в результате оказалось возможным заметить спектральным доплеровским методом планеты вокруг звезд. Вполне надежно была измерена кривая лучевых скоростей, но никто не поверил, что это планеты.

— Почему?

— Потому что очень маленький эффект. Все думали, что просто что-то с обработкой. Так же как с радиопульсарами: все тоже думали, что там, скорее всего, есть какие-то систематические ошибки. Но потом оказалось, что это на самом деле планеты. То же самое и с оптическими наблюдениями: думали, что спектры не очень хорошо обработаны, не учли какие-то движения. У нас же Земля движется вокруг Солнца, а Солнце движется со своей скоростью 13 м/сек. вокруг барицентра Солнечной системы. Кроме того, Земля движется около Луны со своей скоростью. Существуют релятивистские эффекты и т. д. Думали, что в обработке наблюдений просто какая-то чертовщина. Но потом другие авторы все это подтвердили. Так была открыта первая планета вокруг нормальной звезды типа нашего Солнца. Авторы этой работы недавно получили Нобелевскую премию.

— Это была землеподобная планета?

— Юпитероподобная, ее масса порядка массы Юпитера. Земля имеет массу в миллион раз меньше Солнца, поэтому скорость движения Солнца вокруг общего центра масс под действием притяжения Земли очень маленькая. А вот Юпитер в несколько сотен раз более массивный, чем Земля, и поэтому скорость движения звезды — 50 м/сек., ее уже можно измерить. Именно поэтому поначалу стали открывать массивные планеты типа Юпитера. А потом уже была запущена космическая обсерватория «Кеплер» и был придуман «затменный метод» наблюдения планет.

— Что это такое?

— Есть метод спектральный — когда по доплеровским смещениям линий вы чувствуете движение спутника. А есть фотометрический метод: если наклон орбиты удачный, планета может проецироваться на диск звезды. Поскольку радиус планеты в десятки раз меньше, чем радиус звезды, то изменение блеска из-за затмения примерно один процент. Таким образом, вы наблюдаете: вот у вас звезда, у которой на 0,01 звездной величины убывает блеск за счет того, что планета ползет по диску звезды. И блеск не постоянный, а меняется, потому что на диске звезды разная поверхностная яркость.

— Выходит, изучая непостоянство этого затмения, можно изучать и структуру атмосферы звезды?

— Да. По ширине затмения, по его форме можно определить радиус планеты и наклонение орбиты. Открытие таких «затменных» систем позволило определять наклон орбиты и радиус планеты. Это уточнило наблюдения и позволило получать массу и радиус в абсолютных единицах, а значит, вычислять среднюю плотность. Если она порядка 5 г/см3, то это планета земного типа. Если меньше 1 г/см3, значит, это планета типа Юпитера.

Было запущено несколько космических аппаратов. Сначала французский эксперимент «Коро», 30-сантиметровый телескоп в космосе, обнаружил затмение звезд планетами. Но основная масса открытий была сделана с помощью американского спутника «Кеплер». Он долго был направлен на область созвездия Лебедя, а потом — на созвездие Орла. У него большое поле зрения, и много сотен тысяч звезд он смотрел на протяжении нескольких лет, открыв несколько тысяч таких «затменных» систем — не только планетами типа Юпитер, у которых радиусы большие, но и планетами типа Земля. Сейчас уже открыто 5,5 тыс. «затменных» систем с экзопланетами.

— Но «Кеплер» закончил свою работу?

— Да, сейчас работает спутник ТЕСС — это несколько маленьких телескопов по 10 см. Наблюдаются яркие звезды, но их много, так как спутник имеет большое поле зрения. «Кеплер» смотрел сотни тысяч звезд, а ТЕСС смотрит уже миллионы. Он очень эффективно открывает затмения. Сейчас список затмений непрерывно пополняется. Мы тоже этим занимаемся. Я специалист по двойным звездам, а здесь как раз те методы анализа двойных систем хорошо работают, потому что планета и звезда — это тоже двойная система. Я могу теми же методами, программами обрабатывать эти наблюдения и определять параметры экзопланет.

— Помог ли в этом плане «Хаббл»?

— Да, космический телескоп «Хаббл» стал смотреть на просвет атмосферу планет. Если в этой атмосфере есть линии кислорода, воды, углекислого газа, то они появляются в спектре звезды. На фоне сильных линий поглощений звезды появляются маленькие добавочки, соответствующие поглощению в атмосфере экзопланет. Чтобы их измерить, нужно накопить много фотонов. Поэтому только в уникальных случаях и на крупнейших инструментах, в основном космических, это делается. Таким образом были обнаружены линии разных элементов: натрия, углекислого газа, воды. И мы с волнением ждем, когда будут найдены линии кислорода или озона.

— Пока их нет?

— Пока нет. Но методика совершенствуется. Все это на пределе даже для космического телескопа «Хаббл» с диаметром 2,4 м. А сейчас летает телескоп «Джеймс Уэбб» с диаметром 6,5 м, и все это в космосе, без искажения в атмосфере. У него есть отдельная специальная программа — исследование атмосфер экзопланет и поиск биомаркеров. Это газы в атмосфере, которые сопутствуют жизни. Если бы не было земной растительности, то за 10 тыс. лет кислород из атмосферы Земли исчез бы. Это оценка Шкловского. Кислород — очень активный химический элемент. Он бы вступил в соединение с горными породами, окислил их, и через 10 тыс. лет земная атмосфера не содержала бы кислорода. Кислород — это 23% земной атмосферы, остальное — в основном азот. И чтобы поддерживать эти 23%, необходимо, чтобы был источник постоянного поступления кислорода в атмосферу. Этот источник — фотосинтез растений. Они обогащают нашу атмосферу кислородом, и поэтому мы с вами живем. Если леса убрать, то мы погибнем.

— Но 10 тыс. лет поживем?

— Но это все. Маловато! Так что наличие кислорода — это явный признак жизни, по крайней мере растительной. Метан — это газ, который выделяют животные. Мы тоже его выделяем. Но это признак наличия животных. Еще есть углекислый газ и вода. Необходимо, чтобы в атмосфере были пары воды. То есть существует несколько биомаркеров, каждый из которых может служить признаком наличия какой-то органической жизни.

«Никаких сигналов внеземных цивилизаций мы еще не получили»

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

— Значит ли это, что, если какие-то из них есть, жизнь на планете обязательно присутствует?

— К сожалению, более детальные исследования показали, что есть геологические и другие процессы на планетах, которые могут также формировать кислород, например, за счет ионизации паров воды ультрафиолетовыми лучами звезды. Но никакого отношения к жизни этот кислород не имеет. Метан может выделяться при вулканических процессах. Но если мы обнаружим все четыре биомаркера — кислород, метан, углекислый газ и вода,— это на 99% будет означать, что, скорее всего, органическая жизнь там есть. По сравнению с формулой Дрейка, которая содержит много множителей, это уже гигантский прогресс. Это огромная наука, очень интересная сама по себе. Важно в том числе распределение планет по эксцентриситетам орбит: многие планеты имеют большие эксцентриситеты орбит. В нашей Солнечной системе все планеты вращаются почти в одной плоскости и имеют очень маленький эксцентриситет. На Земле, например, эксцентриситет — 0,016 всего, орбита Земли очень мало отличается от окружности. Только Меркурий имеет эксцентриситет 0,2 — в 10 раз больше, чем у Земли. Плутон тоже имеет около 0,2, но он уже не является планетой, из планет исключен. А есть планетные системы вокруг других звезд, которые имеют эксцентриситет 0,8–0,9 — у них сильно вытянутые орбиты.

— Это, наверное, тоже может как-то влиять на возможность существования жизни?

— Да, когда орбита вытянутая, у вас очень сильно меняющийся температурный режим. Но вопрос, как такой эксцентриситет сохранился, если планеты мигрировали от больших расстояний близко к звезде за счет взаимодействия с остаточным веществом диска? Во время миграции орбита должна округляться, потому что эллиптичность — это избыток кинетической энергии. При том же угловом моменте орбита будет эллиптической, если в нее добавить энергию. Чтобы сделать орбиту круговой, надо изъять избыток кинетической энергии. Этот избыток тратится на трение при движении планеты внутри диска. Но таких больших эксцентриситетов довольно много.

— Есть ли еще какие-то отличия?

— Второе отличие тоже интересное. У нас массивные планеты, состоящие в основном из водорода и гелия, находятся дальше от Солнца, а маломассивные планеты типа Земли, Венеры, Меркурия — ближе, и в основном они состоят из тяжелых элементов — железа, кальция, углерода и т. д. А массивные планеты — в основном из водорода и гелия.

Но оказалось, что с планетами вокруг других звезд все наоборот: массивные планеты вращаются очень близко к своим звездам. Условия для их образования наиболее благоприятны в далеких частях этих дисков. По-видимому, они там и образуются, а затем мигрируют ближе к звезде. Экзопланеты типа Юпитера расположены на малом расстоянии от звезды — ближе Меркурия, и многие из этих планет имеют огромный эксцентриситет. Это очень трудно понять, это пока проблема. И это отдельная наука — взаимодействие планет между собой. Сейчас есть теория миграции — что эти планеты мигрировали ближе к звезде за счет взаимодействия с реликтовым диском, с оставшимся там веществом.

— Знаю, что в конце жизни Шкловский был пессимистически настроен в отношении поисков жизни, считал, что жизнь — явление уникальное. А вы как считаете?

— Сейчас уже известно 5,5 тыс. планет. Это все в объеме размером буквально несколько сотен световых лет. А размер галактики — 100 тыс. световых лет. Если пересчитать на объем галактики, то получаем, что число экзопланет в нашей галактике больше, чем число наличных звезд в ней. А число наличных звезд — от 100 до 300 млрд, по разным оценкам. Значит, сотни миллиардов планет есть в нашей галактике, и никаких сигналов внеземных цивилизаций мы до сих пор не получили. По мере накопления данных о планетах сначала была эйфория, а сейчас у нас все больше тревоги. Почему, несмотря на такое гигантское количество планет в галактике, мы до сих пор не имеем уверенных случаев посещения?

— Уфологи считают иначе…

— То, что говорят уфологи,— это фантазии, в них можно верить или нет, но вот научно подтвержденного посещения внеземными существами нашей Земли пока нет. Мы даже не имеем сигналов искусственного происхождения, хотя возможности наших телескопов сейчас огромны. Телескоп «Джеймс Уэбб» уже доходит до расстояний порядка 13 млрд световых лет! Возраст нашей Вселенной — 13,7 млрд лет. То есть он доходит до расстояния, когда собственный возраст первых галактик составлял всего 500 млн лет. И, несмотря на это, какой-то искусственный сигнал, который бы привлек наше внимание, мы даже не наблюдаем. Было несколько случаев, когда пульсары принимали за сигналы. Это было очень необычно.

— Николай Семенович Кардашев рассказывал мне о гигантской искусственной конструкции в космосе...

— Есть и такая идея, но тоже не подтвержденная. По Кардашеву, могут быть цивилизации первого, второго, третьего типа. Но где они? Но ничего нет.

— Это означает, что мы одни? Или существуем в разное время?

— Возможно, Шкловский прав: вероятность существования цивилизации ничтожно мала. Вот вероятность существования жизни, микробов, например, может быть заметно выше. Изучая атмосферы планет методом транзита, обнаружением линий кислорода, метана и т. д., можно будет сказать, что микробная жизнь где-то есть.

— Но это означает, что пройдет несколько миллиардов лет и они смогут превратиться в сложно организованные организмы.

— Александр Васильевич Татуков считает, что время жизни любой цивилизации в развитой форме — не более 1000 лет. Рано или поздно цивилизация начинает сходить с ума и уничтожает себя. Как мы сейчас. А время распространения сигналов между разными планетами в галактике — это тысячи и десятки тысяч лет. Мы просто не успеваем принять те сигналы, которые, может быть, нам присылают. Пока сигнал дойдет, а он идет миллиарды лет из других галактик, а из нашей галактики — сотни тысяч лет, нас уже не будет.

— Звучит грустно. Может быть, надо использовать другие виды связи? Сейчас присуждена Нобелевская премия за запутанные квантовые состояния или, как называет их академик Холево, сцепленные состояния.

— Может быть, за счет этих квантовых исследований нам удастся куда-то продвинуться в этом вопросе. А может быть, за счет того, что будут открыты «кротовые норы», и тогда через них можно будет изучать центры галактик. Дело в том, что у черной дыры — темная тень, и там ничего нет. А у «кротовой норы» должна быть структура. Мы должны видеть через «кротовую нору» другую часть нашей галактики. И там, вполне возможно, мы можем увидеть и другие миры.

— Философский вопрос: почему мы так хотим встретить «братьев по разуму», зачем нам это нужно?

— Действительно, мы несколько раз уже отсылали сигналы на другие созвездия, на другие звезды. Первый эксперимент был со звездой Тау Кита. Помните, как у Высоцкого? «Там нет атмосферы, там душно, но таукитяне радушны»…

Как только начались посылы наших сигналов к другим звездам, то тут же Общество американских женщин заявило, что это очень опасно — их могут выкрасть в другие миры. Ученым пришлось объяснять, что это достаточно большие времена и в наше время жизни вряд ли что-то произойдет.

А зачем нам это нужно? Во-первых, это мечта: нам хотелось бы быть не одним во Вселенной. А второе: если будут открыты сигналы от внеземной цивилизации, которая на миллион лет старше нас, да хотя бы и на десятки тысяч лет, то мы можем получить такую информацию, которая оплатит все затраты на эти работы. Это будут принципиально новые сведения. У нас сейчас нет единой теории поля, мы не знаем, как гравитация взаимодействует с квантовой механикой, с ядерными и электромагнитными полями. А возможно, ответ на все загадки, которые сейчас перед нами стоят, может быть получен от внеземного разума. А может быть, появятся новые загадки, которые даже для них будут загадками. Такой обмен информацией для человечества будет бесконечно важен. Тут не только романтический, но и практический аспект.

— А если они выше нас по уровню развития, зачем им посылать сигналы? Они и так прекрасно знают о нашем существовании, смотрят, как мы живем, и им не нужно чему-то нас учить.

— Мы надеемся, что у них такое же романтическое чувство, как и у нас. Им хочется дать о себе знать. Это естественное психологическое чувство любого разумного живого существа. Очень одиноко в огромной Вселенной. Когда ты не один, как-то легче. Вселенная ведь жестока, холодна, враждебная человеку. И знание того, что кто-то еще есть в этой враждебной среде, греет душу. Я думаю, что из этих соображений можно ожидать: какие-то развитые цивилизации пытаются нам что-то послать. А может, и посылают, но мы пока не можем это расшифровать.

Беседовала Наталия Лескова