Земля не обязательно может быть «лучшей» планетой с точки зрения условий для возникновения жизни. Анализ данных по нескольким тысячам известных экзопланет позволил выделить 24 объекта за пределами Солнечной системы, условия на которых могут быть более подходящими для жизни, чем на Земле. Эти планеты-претенденты в «зонах сверхобитаемости» несколько массивнее, старше и теплее Земли, а также вращаются вокруг звёзд с большей продолжительностью жизни, чем Солнце. Все они находятся на расстояниях более 100 световых лет.
Новая статья в журнале Astrobiology (октябрь 2020 года) продолжает серию работ по исследованию сверхобитаемости — направления астробиологии, связанного с поисками гипотетических более благоприятных для жизни условий на удалённых планетах по сравнению с земными.
Первичная выборка по данным космического телескопа Kepler о примерно четырёх тысячах экзопланет определялась звёздными системами с планетами «земного» типа (или «каменными планетами» — такими, как Меркурий, Венера, Земля и Марс) в «зоне обитаемости» (habitability zone) своей звезды — на таких расстояниях, при которых температура на их поверхности допускает существование жидкой воды. Для определения, являются ли условия на такой планете более благоприятными для возникновения жизни, во внимание принимались дополнительные критерии, определяющие свойства звезды и её планеты.
Один из факторов потенциальной обитаемости — время существования звезды, вокруг которой обращается планета. Время жизни Солнца — около 10 миллиардов лет, и для возникновения форм сложной жизни на Земле понадобилось не менее 4 миллиардов лет. Поэтому возможно, что на множестве планет у звёзд класса Солнца (спектрального класса G, или жёлтых карликов; Солнце относится к его подклассу G2V) жизнь просто не успела развиться до сложных форм до выгорания звезды.
Поэтому кроме звёзд класса G в качестве кандидатов рассматривались звёзды следующего по порядку за G спектрального класса K, или оранжевых карликов. Они несколько холоднее Солнца, менее массивны и обладают меньшей светимостью, однако из-за этого их время жизни составляет от 20 до 70 миллиардов лет. У планет на их орбите поэтому больше времени для возникновения сложных форм жизни. Но в этом случае есть и верхнее ограничение по возрасту: слишком «старая» планета растеряет запасы внутреннего тепла и защитную магнитную оболочку (наверное, это случилось с Марсом, хоть он не старше Земли). Возраст Земли — 4,5 миллиарда лет, и в исследовании поэтому предлагается вилка «сверхобитаемости» по этому критерию: время существования планетной системы должно попадать в диапазон от 5 до 8 миллиардов лет. Но следующий класс ещё более холодных звёзд (класс M, или красные карлики) с ещё большей продолжительностью жизни, возможно, являются менее благоприятными кандидатами для «сверхобитаемости». Их зона потенциальной обитаемости располагается слишком близко к звезде (на расстояниях, даже меньших, чем орбита Меркурия), и планеты на таких расстояниях более подвержены действию солнечного ветра и вспышек на их звезде. Множество открытых экзопланет обращаются именно вокруг такого типа звёзд, в частности, к нему относится и ближайшая к нам звезда — Проксима Центавра с планетой в зоне обитаемости, делающей оборот вокруг звезды всего за 11 дней (см. более подробную статью об этом).
Другие важные критерии «сверхобитаемости» относятся к свойствам самих планет. Предполагается, что здесь предпочтительными являются планеты, более массивные, чем Земля. Массивная планета может сохранять внутреннее тепло в течение более длительного времени. Другое преимущество — большая площадь поверхности, соответственно больше пространства для развития биоразнообразия. На поверхности таких планет больше сила тяжести, поэтому они могут более эффективно удерживать свою атмосферу. С другой стороны, на слишком массивной планете (класса Суперземли) может быть затруднена тектоника литосферных плит. На Земле этот механизм считается важным фактором, определяющим обмен вещества и энергии в земной коре и в конечном итоге способствующим биоэволюции. Поэтому некая золотая середина для свойства сверхобитаемости, по мнению исследователей — масса планеты должна быть примерно в 1,5 — 1,6 раз больше массы Земли.
На «идеальной» планете температура и влажность также предполагаются более высокими, чем в среднем на Земле. Такое предположение — очевидная экстраполяция исходя из условий на Земле: более тёплые и влажные регионы (например, тропические леса) облагают ощутимым биоразнообразием по сравнению с холодными и засушливыми участками. В качестве критерия сверхобитаемости поэтому принимаются «идеальные» условия на планете со средней температурой на поверхности, на 5°C выше средней земной (14°C) и с более высокой влажностью в атмосфере. Предполагают, что такие условия были на значительной части Земли в каменноугольный период (350 млн лет назад), благоприятный для увеличения биомассы. Высокое содержание водяного пара в атмосфере также обеспечивает дополнительную защиту биоты от ультрафиолетового излучения звезды. Разумеется, среднюю температуру на удалённой планете пока можно только рассчитать исходя из её расстояния до звезды и предположений о свойствах атмосферы (поправках на парниковых эффект), а о содержании водяных паров сказать нельзя вообще ничего.
Другие критерии сверхобитаемости, например, предполагают: равномерное распределение воды и суши на планете (то есть множество мелких акваторий возле берегов и отсутствие крупных пустынь внутри континентов); наличие спутника вроде Луны для стабилизации параметров орбиты планеты; геологическую и вулканическую активность, в частности, существование тектоники плит или подобного механизма «перемешивания» элементов в коре планеты и т.д. Проверка этих условий пока что находится за пределами возможностей наблюдений даже для ближайших звёздных систем. Более того, данные обзора телескопа Kepler (и пришедшего ему на смену космического телескопа TESS) не позволяют даже установить массу экзопланеты. Эти телескопы используют для обнаружения экзопланет метод транзита — периодическое падение яркости звезды при «затмении» её планетой (подробнее можно прочитать в этой статье), и этот способ позволяет только определить размер планеты. Для прямого определения её массы нужно исследовать ту же звёздную систему независимо, например, при помощи метода радиальной скорости, и такие измерения возможны не всегда.
Исходя из информации, которую в принципе можно извлечь об открытых экзопланетах и условиях на них, из 4 тысяч планет этим критериям «сверхобитаемости» удовлетворяют всего 24 объекта. Они все находятся на расстояниях существенно больше 100 световых лет, поэтому недоступны для наблюдений в рамках действующего проекта TESS. Для большинства из них выполняются только один или два установленных критерия. Больше того, не все из этих объектов даже являются статистически подтверждёнными экзопланетами — до более надёжного подтверждения не исключено, что некоторые из этих сигналов могут быть ложными срабатываниями и приняты за экзопланету ошибочно (до весомого подтверждения они носят в каталогах стандартное обозначение KOI, или Kepler Objects of Interest). Единственный «удачный» объект, удовлетворяющий сразу трём основным критериям — по температуре и размерам планеты и классу своей звезды — это планета в системе оранжевого карлика KOI 5715.01 с массой 1,8 масс Земли. Но расстояние до неё составляет 3 тысячи световых лет — практически на пределе поля зрения телескопа «Кеплер». Вероятно, «сверхобитаемых Земель» по этим критериям даже по доступным данным можно найти больше, в частности, на них могут указать результаты обзора TESS. Такие объекты в будущем логично рассматривать как приоритетные для изучения даже по сравнению с «обычными» экзопланетами земного типа.
