Ето как изглежда една стабилна планетарна система с 416 планети в обитаемата зона

През 1930-та година Франк Дрейк е бил малко момче и неговите родители, които са били убедени баптисти, са го дали на неделно училище. На 8-годишна възраст той започнал да подозира, че както неговата църква, така и другите религии от целия свят, до определена степен са формирани под влиянието на околната среда. Тоест, те са възникнали като отговор на едни или други локални случайни събития. Той си помислил, че съвсем същото може да се случи и на ниво цивилизации и да предопредели развитието на хората, а може би и на извънземните. Естествено, по това време той е мислел че е по-добре да не говори за своите идеи.

Съвсем скоро всичко се променя. Когато пораства Дрейк основава организацията SETI, която се занимава с търсене на извънземен разум и предлага един сравнително несложен начин за оценка на това, колко цивилизации би могло да има в нашата галактика, които ние потенциално можем да видим. Той състави изключително популярното в наши дни уравнение на Дрейк със следните променливи:

N – броят цивилизации, с които контактът би бил възможен

R – броят звезди в нашата галактика

f_p – каква част от звездите имат планетни системи (оценките са от 20% до 80%)

n_e – среден брой планети за всяка звезда с планетна система, на които може да започне живот (оценките са от 0,5 до 6)

f_l – на каква част от предходните планети ще протече еволюция (оценките са повече от 0% и по-малко или равно на 100%)

f_i – на каква част от предходните планети животът ще еволюира до цивилизация (оценките са повече от 0% и по-малко или равно на 100%)

f_c – на каква част от предходните планети, цивилизацията ще достигне развитие до ниво радиокомуникация (оценките са от 5% до 25%)

f_L – каква част от цялото време за съществуване на планетата, радиокомуникационна цивилизация ще оцелее (оценките са трудни – например Земята, ако нашата цивилизация оцелее още 1 милиард години, то този параметър ще е ~10%)

В крайна сметка се получава следното уравнение:

Уравнението е добре познато в научните кръгове, като по-важното е, че за да определим значението на N, ние трябва да знаем значението на всички числа от формулата.

Към днешен ден ни е известно, че в галактиката Млечен път всяка година се образуват приблизително по две нови звезди. Това означава, че приблизително ни е известно числото R. И това е всичко. Ние няма как да си представим доколко са разпространени животът, разумът и цивилизациите, с които е възможно да бъде осъществен контакт. Бихме могли да си помислим, че средният живот на една цивилизация е много дълъг, но нямаме никакви данни за това.

Все пак ние вече можем приблизително да оценим показателя n_e

Първата екзопланета с подобни на Земята размери бе открита през 2010 година. Това стана благодарение на създаденият от НАСА космически телескоп Кеплер. Благодарение на него вече са ни известни стотици подобни на Земята светове, както и няколко по-малки планети, по размери приблизително колкото Марс и Меркурий.

Основната мисия на космическия телескоп Кеплер е да се направи оценка доколко са разпространени подобните на Земята планети, които се въртят на приблизително „земното разстояние“ от звездите, приличащи на нашето Слънце. Но това ни дава само n_e за звездите, които приличат на нашето Слънце. Разбира се, това значение за звездите от друг тип ще бъде съвсем различно. За съжаление през 2013 година се повредиха двата маховика на телескопа Кеплер, които са критично важни за неговото насочване в пространството. Наложи се първоначалната мисия да бъде прекратена, но въпреки това вече бяха натрупани данни за един немалък четиригодишен период. Кеплер успя да състави доста добра статистика за планетите, въртящи се около своите звезди по орбити, приличащи на орбитата на Меркурий. Но той не успя да събере достатъчно данни за планетите, движещи се в орбити подобни на орбитата на Земята.

Да напомним, че зоната на обитаемост е една сфера около звездата, в пределите на която природните условия са благоприятни за съществуването на течна вода на повърхността на планетите. Именно тези планети са указани в променливата n_e. Но различните звезди имат различни зони на обитаемост. Така например, червените джуджета са по-тъмни и по-студени от нашето Слънце, а тяхната зона на обитаемост се намира по-близко до самата звезда. Съвсем различна е ситуацията при ярките и горещи звезди – при тях зоната на обитаемост е по-отдалечена. Докато работеше, телескопът Кеплер успешно определи n_e за червените джуджета. При тези звезди зоната на обитаемост се намира приблизително на нивото на орбитата на Меркурий, като тези орбити същност са лесни за измерване. Минимум всяко шесто червено джудже и максимум половината от тях имат поне една планета от земен тип в зоната на обитаемост. Това е наистина внушително.

През 2017 година бе открита знаменитата планетна система TRAPPIST-1 с цели седем планети.

Звездата на TRAPPIST-1 е съвсем малка и има само 8% от масата на нашето Слънце, като едновременно с това нейната светимост е 2000 пъти по-слаба и по размери е приблизително колкото Юпитер. Размерите на всичките седем планети от TRAPPIST-1 са приблизително колкото тези на Земята, а техните орбити са разположени много близко до звездата. Но най-интересното е, че за четири от тях има много голяма вероятност да се намират в зоната на обитаемост на тази звезда.

Очевидно е, че ако планетарните системи на всички звезди имат строежа на TRAPPIST-1, то тогава параметърът n_e e равен на 3. Друг особен нюанс е в това, че ако в планетната система TRAPPIST-1 съществува живот, то той би трябвало по естествен начин да е разпространен из всичките тези планети. Подобно компактно орбитално разположение благоприятства развитието на панспермията. Ако астероид или някоя комета попаднат върху някоя от потенциално подходящите за живот планети в системата TRAPPIST-1, различните частици на това небесно тяло биха се разсеяли по останалите шест планети във вид на космически семена.

Naй-интересното тук е, че параметърът n_e e по-голям от единица. Логично е да се замислим, дали е възможно да съществуват супер-TRAPPIST-1-подобни системи, при които в зоната на обитаемост има не три-четири, а 10-20 планети? Какъв е всъщност най-големият брой планети, които могат да се съберат в зоната на обитаемост на една звезда? Този въпрос има съвсем точен отговор. На нас ни е добре известно как действа гравитацията и какво е развитието на орбитите. Ние имаме инструменти, които дават възможност съвсем точно да се пресметне колко планети могат да се намират в зоната на обитаемост на една звезда.

Преди това трябва да се знае колко голяма е зоната на обитаемост и доколко плътно могат да бъдат разположени орбитите на планетите.

Зоната на обитаемост е един доста сложен феномен. Дали дадена планета е в тази зона зависи от състава на самата планета, от нейната атмосфера и дебелината на тази атмосфера. Според вече изградените научни модели, Земята се намира съвсем близо до вътрешната граница на слънчевата зона на обитаемост, която започва от 95% от радиуса на земната орбита. Това означава, че ако Земята бе на мястото на Марс, то тя щеше да има течна вода. Ако атмосферата на тази планета задържа топлината, то външната граница на зоната на обитаемост може да се разпростре доста далече от звездата. Нещо повече, течна вода може да има дори и на блуждаещите планети, които пътешестват в междузвездното пространство. Но в тези случаи животът би могъл да се запази само под дебел слой газ или лед и ние едва ли бихме могли да открием подобен живот.

Според съвременната астрономия орбитите на съседните планети могат да влизат в резонанс, както е при TRAPPIST-1 и още няколко други известни планетарни системи. Съвсем същото важи и за компактно разположените големи спътници на Юпитер. Напълно е възможно другите планети да са извън резонанса. Терминът „резонанс“ в случая означава, че орбитите на планетите, които са сравнително близо едно до друга, от време-навреме се засичат – тоест, едната планета догонва другата. Резонансът се описва като съотношение на цели числа. Така например, резонанс 2:1 означава, че на всяка обиколка на дадена планета около звездата се падат по две обиколки на друга планета, орбитата на която е по-близо до звездата.

Показаната по-горе анимация демонстрира резонанса между спътниците на Юпитер. Ако разстоянието между планетите се определя чрез резонансите, то в този случай масата на тези планети не играе роля. Резонансите от типа 2:1 и 3:2 означават, че разстоянията между орбитите са сравнително големи в сравнение с аналогичните орбити, планетите в които са в резонанс 7:6 или 9:8. Разбира се, не всички резонанси са стабилни. При разстоянията между орбитите на планетите от TRAPPIST-1 (резонанси 3:2) в зоната на обитаемост могат да се намират само четири стабилни орбити.

От друга страна, ако планетите не са резонансно разделени, то в този случай са важни техните маси. В този случай се добавя още едно правило: за планетите с маси близки до марсианската, в зоната на обитаемост могат да се намират максимум 14 планети. Но ако масата на тези планети е близка до тази на Нептун, то в зоната на обитаемост могат да се съберат само три подобни планети.

По отношение съществуването на живот добър компромис е да се вземат предвид планети с половина маса на Земята. По този начин в зоната на обитаемост могат да бъдат събрани максимален брой планети, които са най-подходящи за съществуването на живот.

Тук имаме още два нюанса. Първо, две планети могат да се завъртат около дадена звезда по една и съща орбита, по така наречените подковообразни орбити. В резултат от това допускане, броят на планетите, които могат да се намират в орбита в зоната на обитаемост почти се удвоява.

Има и още нещо. Това са двойните планети. Нашата Луна например, е двойно по-малка от Земята, а Харон и Плутон са с почти еднакъв размер. Напълно е логично да си представим две Земи, които се въртят една около друга. Навярно това би изглеждало по следния начин:

Сега вече имаме достатъчно информация, за да съставим компютърния модел на една потресаваща Слънчева система. Част от нея би могла да изглежда по следния начин:

И така, според този модел в зоната на обитаемост има шест стабилни орбити. Във всяка орбита се въртят по четири планети. Това са двойки Земя-Земя, разположени на подковообразни орбити – по две двойки на всяка орбита. Тази структура е напълно стабилна и дава възможност в зоната на обитаемост да се намират 24 планети. Едва ли можем да си представим каква би могла да бъде панспермията в тази система.

Нека да съставим нов компютърен модел на математически максимално плътната Слънчева система. Един от вариантите изглежда по следния начин:

Тази хипотетична Слънчева система в зоната на обитаемост има 416 планети! Компютърната симулация показва, че тази система е съвършено стабилна. Ако нещо подобно съществува, то навярно е изградено от някоя свръхразвита цивилизация. Какъв ли би бил бил животът на подобно място? А космическите полети?

Вероятността да открием нещо подобно е нищожно малка, но звездите са толкова много, а вече имаме и нова космическа обсерватория в космоса и нищо не пречи да потърсим подобна Слънчева система.