З усіх місць, на які ми коли-небудь дивилися у Всесвіті, тільки Земля забезпечила нас доказами існування життя. Але чому? Тому що життя - це рідкість, і вона вимагає від нас усіх умов, які ми маємо на Землі, щоб підтримуватися? Чи тому що життя всюдисуща, але ми знайшли її тут, тому що тут її знайти було простіше всього?
Раз вже у нас на Землі все влаштовано як влаштовано, ми звикли вважати, що якби у нас була планета і зірка з такими ж властивостями, як Земля і Сонце - з таким же віком, з такими ж орбітальними відстанями, розмірами і масами, з тих же матеріалів - то ми знову отримали б життя. Ми також припускаємо, що інші комбінації менш вірогідні. Але всі наші припущення можуть бути невірними. Земля може бути такою ж рідкістю, як і життя.
- Її рідна зірка дуже схожа на Сонце з точки зору температури, маси та розміру: це зірка G2, приблизно такий же яскравості і загальної тривалості життя.
- Вона обертається практично на такому ж відстані і приблизно з таким же періодом, що і наша планета навколо Сонця: 385 днів замість 365.
- Зірка, навколо якої вона обертається, не набагато більше розвинена, ніж наше Сонце: старше на 1,5 мільярда років, а значить на 20% більше енергетично потужна і на 10% холодніше.
- Сама планета набагато більше нашої Землі, а її радіус на 60% більше.
І хоча ці умови можуть здатися вам «подібними земним», виявлений світ, звичайно, не має із Землею нічого спільного.
У нашій Сонячній системі різниця між Землею і Венерою крихітна: близько 5% в радіусі. Для порівняння: різниця між Землею і Ураном або Нептуном величезна: ці світи в чотири рази більша за Землю в радіусі. Тому більше на 60% може здатися не таким вже й перебільшенням, але висока ймовірність, що ми виявимо тверду планету з тонкою атмосферою, яка буде мати властивості газового гіганта: великий оболонкою з легких атмосферних газів. За фактом, є дуже вузьке вікно, яке варто вважати «земним типом» за розміром планети, і відхилення більш ніж на 10-20% від земного розміру буде занадто великим.
Однак є всі підстави вважати, що планети земного типу досить поширені. Останні результати телескопа Кеплер показують, що в диску Чумацького Шляху є як мінімум 17 мільярдів планет розміром з Землю, і принаймні кілька відсотків зірок матимуть хоча б один світ земного типу під боком. Хоча наша кінцева мета - це, звичайно, знайти мир з розвиненою біологічним життям - бажано світ з життям під час кембрійського вибуху - наші думки завжди повертаються до двійнику Землі. Але такий двійник, навіть якщо він існує, може бути зовсім не найкращим місцем для пошуку.
Наше Сонце - це зірка G-класу віком 4,6 мільярда років. Хоча ми думаємо, що вона одна з найбільш звичайних, це не так: наша зірка масивніше 95% всіх зірок. М-карлики, маленькі червоні зірочки, являють собою найпоширеніший тип зірок у Всесвіті: три чверті всіх зірок представлені М-карликами. Океани на нашій планеті скипить через мільярд років, але М-зірки будуть горіти при стабільній температурі десятки трильйонів років.
«Кеплер» знайшов багато планет земного типу біля цих М-зірок, які розташовувалися в потрібних місцях для перебування води на їх поверхні в рідкому стані і маса яких цілком підходила під земне визначення. І хоча М-зірки частіше видають спалаху, а планети поруч з ними повинні знаходитися ближче, вони також забезпечують більш стабільне оточення для своїх планет, з меншим ультрафіолетовим випромінюванням і підвищеним захистом від жорстоких проявів міжпланетного та міжзоряного космосу. Приливні сили від їх зірок теж сильніше, а їх скорочені орбітальні періоди надають їм простий спосіб генерувати велику магнітне поле, можливо, що захищає від спалахів.
Ці системи досить поширені, а системи з двійником Землі - немає. Що ж нам потрібно для справжнього «двійника»? Перш за все нам знадобиться зірка на зразок Сонця. Це означає, що зірка повинна бути не тільки того ж температурного і спектрального класу, але і приблизно того ж віку. Щоб життя розвивалася і розвинулася в щось цікаве, потрібен час, а значить, нам потрібна зоряна система, якої багато мільярдів років. Але і занадто довго ми чекати не можемо, тому що в міру старіння зірок область ядра, що з'єднує водень з гелієм, зростає, і вихідна потужність збільшується (а разом з тим яскравість і температура). Зрештою, планети (як Земля), які колись були придатними для життя, стануть занадто гарячими, кипить воду і не дають життя розвиватися.
Припустимо, у нас буде вікно в 1-2 мільярди років, що приблизно 10% від життя зірки. У нашій галактиці близько 200-400 мільярдів зірок, і близько 7,6% з них - зірки G-класу, як і наше Сонце. Незважаючи на те, що наше Сонце більш точно класифікується як зірка G2V, з цього все одно слід, що близько 10% всіх зірок G-класу будуть такого ж типу, як наше Сонце. Якщо брати по верхній кромці, існує 400 мільярдів зірок, 7,6% з яких G-класу, 10% з яких - того ж підкласу, що і Сонце, 10% з яких - потрібного віку для цікавого життя. Це 300 мільйонів зірок. Але навіть тоді не у всіх з них буде достатня кількість важких елементів для створення земного світу.
Вище ви бачите спектр Сонця. Іншими словами, ці лінії, які ви бачите, представляють найрізноманітніші атоми і їх співвідношення. Їх багато на Сонце, і у них досить специфічні співвідношення. Показник того, що не є воднем або гелієм, але синтезує матеріали на Сонце, астрономи називають вмістом металів. Якщо ми хочемо планету земного типу, нам потрібна зірки з вмістом металів за типом сонячної. Це не так уже й погано; до 25% зірок, які сформувалися в той же час, що і наше Сонце, були проміжними зірками I популяції, і багато хто з них (можливо, близько 15%) мають таку ж Металічність, що і наше Сонце.
Виходить, в нашій галактиці 11 мільйонів зірок як наша, з таким же показником важких елементів. Скільки з цих 11 мільйонів сонячних «близнюків» мають своїх земних близнюків в жилих зонах?
Світ, який на 60% більша за Землю, буде більше її в п'ять разів по масі, а це занадто багато, щоб бути твердою планетою з тонкою атмосферою. Якщо ми знову прокрутимо все оцінки, ми отримаємо від сорока до сотні тисяч планет земного типу з орбітами земного типу біля зірок сонячного типу. На 400 мільярдів зірок шанси будуть надзвичайно вузькими.
І пам'ятайте, що справжня мета пошуку таких планет - це пошук світів, здатних підтримувати життя земного типу. А якщо мета саме така, не шукайте «двійника» Землі; краще шукати планети поменше біля зірок М-класу. Краще шукати світи земного типу в потенційно жилих зонах поблизу зірок. Таких варіантів буде набагато більше.