Астрономы выяснили, возможна ли жизнь под двумя солнцами

Aстрономы из NASA и Технологического института Джорджии дали ответ. 

Большая часть звёзд солнечного типа имеет хотя бы одну звезду-компаньон. Может ли землеподобная планета в системе двух солнц сохранять устойчивый и пригодный для жизни климат? Как часто могут встречаться такие комфортные миры? Теперь у учёных есть ответы на эти вопросы, и они внушают оптимизм, пишет nauka.vesti.ru.

Результаты этих расчётов описаны в научной статье, опубликованной в издании Astrophysical Journal астрономами из NASA и Технологического института Джорджии.

Солнце сияет на земном небе в гордом одиночестве. Но полагать, что так чаще всего и бывает, – ошибка. На самом деле большая часть светил солнечного типа относится к двойным или кратным. Напомним, что двойная звезда – это система из двух звёзд, обращающихся вокруг общего центра масс. Если светил в системе более двух, она называется кратной звездой.

Планета может обращаться вокруг одного из входящих в систему светил или вокруг всей системы в целом. Астрономам известны примеры как тех, так и других миров.

Когда на планету действует гравитация двух звёзд, далеко не каждая возможная орбита будет устойчивой. Неудачное расположение приведёт к тому, что небесное тело упадёт на одно из светил или будет выброшено на ледяные окраины системы (а то и вовсе за её пределы). Однако, по некоторым расчётам, 50-60% двойных звёзд подходят для существования землеподобных планет на устойчивых орбитах в зоне обитаемости. Напомним, что последняя очерчивает расстояния до светила, допускающее наличие на поверхности экзопланеты жидкой воды.

К слову, за примерами в буквальном смысле не надо далеко ходить, во всяком случае, по астрономическим меркам. То, что невооружённому глазу кажется одной звездой под названием альфа Центавра, на самом деле система из трёх светил: альфа Центавра А, альфа Центавра B и проксима Центавра. Последняя является ближайшей к Солнцу звездой и имеет землеподобную планету в зоне обитаемости, (и, возможно, ещё одну за пределами этой зоны).

Авторы нового исследования сосредоточились на более тонком факторе, чем устойчивость орбиты. Их интересовала стабильность оси вращения планеты.

Напомним, что именно из-за наклона земной оси к плоскости орбиты ноябрь так разительно и прискорбно отличается от июня. В каждый момент времени одно полушарие Земли наклонено навстречу солнечным лучам, а другое – наоборот. Из-за этого они получают разное количество солнечного света и тепла. Как следствие, в одном полушарии в это время холодный сезон, а во втором тёплый. В противоположной точке орбиты солнечные лучи приходят с другой стороны, и тот же наклон орбиты "играет на руку" другому полушарию.

Наклон земной оси вызывает смену времён года.
Иллюстрация Wikimedia Commons.

Если наклон земной оси изменится, изменится и климат планеты. К счастью, земная ось очень стабильна. Её наклон совершает периодические колебания с незначительной амплитудой в 2,4°, меняясь от 22,1° до 24,5°. К слову, продолжительность этого цикла составляет 41 тысячу лет.

Такой благоприятной для земной жизни стабильностью мы обязаны большой и близкой Луне. Её гравитация стабилизирует земную ось. В противном случае притяжение Меркурия, Марса, Венеры и Юпитера вызывало бы куда более значительные колебания.

Как это бывает, хорошо видно на примере Марса. Наклон его оси за два миллиона лет меняется на 50°: от 10° до 60°. При наклоне 10° большая часть газовой оболочки Красной планеты превращается в лёд, а потом снова оттаивает. Такие колебания, наряду со слабой гравитацией и отсутствием магнитного поля, стали причиной потери Марсом большей части его атмосферы.

Как вела бы себя ось Земли, если бы наша планета обращалась вокруг одной из звёзд в двойной системе? Именно это и выясняли авторы.

Они начали с системы альфа Центавра, раз уж она ближайшая к Земле. Звезда альфа Центавра В – солнцеподобная, и астрономы в своей модели поместили Землю на орбиту вокруг неё в зоне обитаемости. Ничего хорошего из этого не вышло: земная ось оказалась очень нестабильной. Из-за этого примерно каждый миллион лет на гипотетической планете наступала суровая и очень долгая ледниковая эпоха. При этом добавление в модель Луны только ухудшало ситуацию.

Если бы Земля обращалась вокруг альфы Центавра В, она подвергалась бы жестоким и длительным оледенениям.
Иллюстрация Georgia Tech/Billy Quarles.

Однако альфа Центавра А и В – всё же особый случай. Расстояние между членами этой "сладкой парочки" не больше, чем между Ураном и Солнцем. Для двойных звёзд это очень тесное соседство.

"В целом, расстояние между звёздами в двойных системах [обычно] больше, и тогда вторая звезда оказывает меньшее влияние на моделируемую Землю", – говорит соавтор работы Гунцзе Ли (Gongjie Li) из Технологического института Джорджии.

Как же обстоит дело с полчищами звёздных пар, кружащихся на просторах Галактики? Допустим, вокруг одной из звёзд в двойной системе в зоне обитаемости обращается двойник Земли. Какова вероятность того, что амплитуда колебаний его оси вращения останется в пределах "земного" значения 2,4°?

Согласно модели исследователей, это зависит от двух величин: массы звёзд в системе и расстояния между ними. Эти два параметра взаимосвязаны, и авторы позаимствовали вид этой взаимосвязи из работ предшественников. Это позволило им свести зависимость к одному фактору: массе светил.

Результаты получились следующими. Пусть масса светила в двойной системе составляет 0,8 солнечной. Тогда "Земля 2.0" в зоне обитаемости будет иметь стабильную ось с вероятностью 87%. Если масса звезды точно равна солнечной – 74%. Если же она составляет 1,2 солнечной – только 54%, что, впрочем, тоже немало. Как заключает Ли, результаты расчётов внушают оптимизм.