Одно время астрономы считали, что планеты сформировались на своих нынешних орбитах, которые оставались стабильными с течением времени. Но более поздние наблюдения, теория и расчеты показали, что планетарные системы подвержены встряскам и изменениям. Периодически планеты выбрасываются из своих звездных систем, чтобы стать «планетами-изгоями», телами, которые больше не связаны гравитацией ни с одной звездой и дрейфуют в межзвездной среде (МЗС). Некоторые из этих планет могут быть газовыми гигантами с плотно связанными ледяными лунами, вращающимися вокруг них, которые они могут принести с собой в межзвездное пространство.
Подобно Юпитеру, Сатурну, Урану и Нептуну, эти спутники могут иметь внутри теплую воду, которая может поддерживать жизнь. Другое исследование показало, что каменистые планеты с большим количеством воды на поверхности также могут поддерживать жизнь благодаря сочетанию геологической активности и распада радионуклидов. Согласно недавней статье международной группы астрономов, в нашем космическом соседстве могут быть сотни планет-изгоев. Основываясь на своем первом в истории анализе осуществимости, они также указывают, что миссии в дальний космос могут легче исследовать эти несвязанные объекты, чем планеты, все еще связанные со своими звездами.
Исследование возглавил Манасви Лингам, доцент кафедры аэрокосмических, физических и космических наук Технологического института Флориды и Института термоядерных исследований Техасского университета в Остине. К нему присоединились Андреас М. Хайнк, исследователь Междисциплинарного центра безопасности, надежности и доверия (SnT) Люксембургского университета и Инициативы межзвездных исследований (i4is); и Т. Маршалл Юбэнкс, главный научный сотрудник Space Initiatives Inc. Их статья под названием «В погоне за кочевым миром: новый класс миссий в дальний космос» была недавно опубликована в Acta Astronautica.
Как отмечают Лингам и его коллеги в своей статье, межзвездные объекты (ISO) — это проверенная временем область исследований, которая уже была довольно активной к 1970-м годам. Однако обнаружение Оумуамуа в 2017 году, первое зарегистрированное столкновение с ИСО, за которым последовало обнаружение 2I/Борисов в 2019 году, вывело эту область на передний план научных исследований. Последующие исследования выявили предыдущие случаи, когда на Землю прилетали более мелкие межзвездные объекты и метеоры, что позволяло ограничить их количество.
Один такой объект (CNEOS 08.01.2014) был обнаружен в каталоге метеоров Центра изучения объектов, сближающихся с Землей (CNEOS) НАСА, астрофизиками из Гарварда Амиром Сираджем и профессором Ави Лебом (бывшим наставником профессора Лингама). По данным CNEOS, этот межзвездный метеор приземлился в южной части Тихого океана у побережья Папуа-Новой Гвинеи в 2014 году. Проект «Галилео» (под руководством профессора Леба) в прошлом году организовал кампанию по поиску образцов, в ходе которой из останков метеора были извлечены сотни металлических шариков на дне океана (360 и больше).
Однако Лингам и его коллеги исследуют возможность изучения гораздо более крупных объектов. Исследования 1990-х годов предсказали, что эксперименты по гравитационному микролинзированию могут позволить обнаруживать внесолнечные планеты, в том числе не связанные ни с какими звездами. С тех пор это было подтверждено исследованиями, в ходе которых оценивалось распределение планет-изгоев, что указывает на то, что они, вероятно, преобладают в нашей галактике. Это включает в себя пару исследований под руководством Дэвида Беннета, старшего научного сотрудника Управления научных миссий (SMD) NASA Goddard.
Исследовательские работы, которые должны быть опубликованы в Astronomical Journal, предполагают, что по Млечному Пути могут блуждать триллионы планет-изгоев. Как сказал профессор Лингам Universe Today по электронной почте, многочисленная природа объектов-изгоев и их потенциал для поддержания жизни открывают огромные возможности для будущих исследований: «Подсчитано, что на одну звезду может приходиться до 1000 кочевых миров размером с Луну и больше. Следовательно, даже если небольшая часть из них обладает условиями, подходящими для жизни, они будут одними из самых распространенных местообитаний для жизни. почему они могут представлять собой многообещающую цель для астробиологии».
Тема планет-изгоев, спутников и объектов меньшего размера для обитаемости была подробно исследована в книге профессора Лингама 2021 года «Жизнь в космосе: от биосигнатур к техносигнатурам» (в соавторстве с профессором Лебом). Ради этого исследования профессор Лингам и его коллеги сосредоточились на объектах, значительно больших, чем метеориты или метеориты Оумуамуа и 2I/Борисов, диаметр которых составлял от 100 до 1000 метров (от 330 до 3300 футов). сеть, простирающаяся на два порядка, от тел, сравнимых с астероидами Главного пояса, до планет с радиусами между Землей и Марсом. «Мы сосредоточились на объектах в радиусе от 100 до 10 000 км. Эти миры могут быть каменистыми/ледяными и потенциально могут поддерживать жидкую воду в (под)поверхности до 100 млн лет и более. Количество этих объектов зависит от их размера; на звезду может приходиться до 1000 кочевых миров размером с Луну и больше».
Кроме того, они определили, что более мелких объектов, вероятно, гораздо больше, чем более крупных каменистых тел, и что статистически более вероятно, что они будут обнаружены ближе к внутренней части Солнечной системы. Их результаты также предполагают, что десятки тысяч кочевых миров размером с планету могут находиться в сферическом объеме с центром на Земле и простираться до ближайшей звездной системы (Проксима Центавра). В то время как у Проксимы Центавра есть три подтвержденных экзопланеты, одна из которых каменистая и расположена в обитаемой зоне звезды (Проксима b), эти планеты-изгои составляют ближайшие экзопланеты за пределами нашей Солнечной системы.
В ближайшем будущем несколько организаций и некоммерческих организаций хотят организовать первые межзвездные миссии к ближайшим звездам для исследования их планетных систем. Примеры включают Breakthrough Starshot, предлагаемую архитектуру миссии, сочетающую в себе граммовые плавсредства и двигательную установку с направленной энергией (DEP) для выполнения межзвездных миссий при нашей жизни. Однако, как отметили Лингам и его команда, эти миссии сэкономят время и деньги, направив их усилия на исследование потенциально обитаемых планет-изгоев ближе к Солнечной системе. С этой целью они исследовали несколько предложенных методов движения, которые в настоящее время изучаются для архитектуры межзвездных миссий. В частности, они искали концепции, которые могли бы выполнять миссии по изучению планет размером с Землю с 50-летней шкалой времени полета.
Лингам сказал: «Мы рассмотрели множество двигательных систем, таких как электрические и магнитные паруса, солнечные и лазерные паруса, ядерный синтез, лазерные и ядерно-электрические двигатели и химические двигатели. Среди различных кандидатов мы определили, что лазерные паруса (космические корабли, приводимые в движение лазерными массивами ) являются наиболее перспективными для достижения кочевых миров в разумные сроки». Эти результаты открывают возможности для существующих и будущих космических телескопов. В ближайшие годы астрономы надеются расширить поиск планет-изгоев и еще больше ограничить количество несвязанных объектов, которые находятся там прямо сейчас. В 2027 году НАСА запустит космический телескоп Нэнси Грейс Роман нового поколения, истинный преемник Хаббла и названный в честь первого главного астронома НАСА, сыгравшего основополагающую роль в создании телескопа (отсюда и ее прозвище «Мать Хаббла»).
Согласно тем же документам, подготовленным Дэвидом Беннеттом из Годдарда из НАСА, Роман мог найти до 400 планет-изгоев, похожих на Землю, во время своей основной миссии. Ключевой метод этого процесса известен как гравитационное микролинзирование, обычно используемое для поиска экзопланет, связанных со звездами. Этот метод сочетает в себе элементы метода транзита и гравитационного линзирования, полагаясь на гравитационную силу массивных объектов для искривления и фокусировки света, исходящего от далекой звезды. Когда планета проходит перед этой звездой по отношению к наблюдателю (т. н. транзит), наблюдается заметное падение яркости, которое можно использовать для вывода о наличии планеты. По словам Лингама, исследования микролинзирования, проведенные Нэнси Грейс Роман, помогут подтвердить их результаты и определить расположение планет-изгоев в нашем звездном окружении, которые могут стать целями для будущих исследовательских миссий. «Ожидается, что благодаря технике гравитационного микролинзирования такие миссии, как римский космический телескоп Нэнси Грейс и Евклид, эмпирически ограничат количество кочевых миров, потому что эти телескопы могут обнаруживать миры меньше Земли (например, размером с Луну)», — заявил Лингам.
Исследуя объекты-изгои, выброшенные из своих систем, ученые могут выполнять прибыльные астробиологические миссии, не путешествуя к далеким звездам. Эти усилия, вероятно, будут осуществляться параллельно с миссиями во внешние области Солнечной системы, где роботы-исследователи отправятся на ледяные луны, такие как Европа, Ганимед, Титан, Каллисто и т. д., и либо соберут образцы с поверхности, либо просверлят/проплавят поверхность. лед для поиска доказательств биосигнатур. Даже в тех случаях, когда биосигнатуры неочевидны, изучение тел-изгоев позволит лучше понять формирование и эволюцию других планетарных систем. Как ни крути, изучение планет-изгоев и объектов расскажет нам о звездных системах то, что можно узнать, только отправившись туда. Учитывая время, энергию и затраты на организацию межзвездных путешествий, этот вариант быстрее, дешевле и, в конечном счете, предпочтительнее. Кроме того, изучение объектов-изгоев может служить «миссиями по поиску пути», давая ученым представление о том, что мы, вероятно, обнаружим там, в галактике, и указывая путь к наиболее многообещающим местам.
