ЕКА запустило Gaia в 2013 году с одной главной целью: нанести на карту более одного миллиарда звезд Млечного Пути. Его обширная коллекция данных часто используется в опубликованных исследованиях. «Гея» — амбициозная миссия, хотя сама по себе она редко попадает в заголовки газет.
Но это может измениться.
Большую часть своей работы Гайя полагается на астрометрию, а астрометрия — это измерение положения, расстояния и движения звезд. Он настолько чувствителен, что иногда может обнаружить небольшое колебание, которое планета передает своей гораздо более массивной звезде. Гайя обнаружила свои первые две транзитные экзопланеты в 2021 году, и ожидается, что она найдет тысячи экзопланет размером с Юпитер за пределами нашей Солнечной системы.
Но новое исследование идет еще дальше. Это показывает, что Гайя должна быть в состоянии обнаруживать планеты земного типа на расстоянии до 30 световых лет.
Новая статья называется «Возможность обнаружения нашей Солнечной системы с помощью астрометрии» и доступна на сайте допечатной подготовки arxiv.org. У него один автор: Донг-Хонг Ву с факультета физики Аньхойского педагогического университета, Уху, Аньхой, Китай.
Большинство экзопланет астрономы находят транзитным методом. Космический корабль, подобный TESS, наблюдает за участком неба и смотрит на множество звезд одновременно. Когда планета проходит между нами и одной из звезд, это называется транзитом. Это создает провал в звездном свете, который могут обнаружить чувствительные инструменты TESS. Когда TESS обнаруживает множественные предсказуемые провалы, это означает наличие планеты.
Но это не единственный способ их обнаружить. Астрометрия тоже может это сделать, и это путь Гайи.
Астрометрия имеет преимущество перед другими методами. Gaia может более точно определить параметры орбиты экзопланеты. Это не означает, что другие методы бесполезны. Очевидно, они есть. Но, как объясняет автор статьи: «Ни метод транзитных, ни метод радиальных скоростей не обеспечивают полные физические параметры одной планеты, и оба метода предпочитают обнаруживать планеты, близкие к центральной звезде. Напротив, метод астрометрии может обеспечить трехмерную характеристику орбиты одной планеты и имеет то преимущество, что обнаруживает планеты далеко от родительской звезды». Преимущества астрометрии очевидны.
Если существуют другие технологические планетарные цивилизации – и это большое «если» – то не возмутительно думать, что у них есть технологии, подобные технологиям Гайи. Хотя Gaia впечатляет, на горизонте есть улучшения, которые сделают астрометрию еще более точной. В своей статье автор задает вопрос: если внеземные разумы (внеземной разум) используют передовую астрометрию, равную или даже превосходящую астрометрию Геи, «…кто из них сможет обнаружить планеты Солнечной системы, даже Землю?»
Астрометрическая точность рассчитывается в микросекундах дуги, и точность уменьшается с расстоянием. ЕКА утверждает, что Gaia может измерить положение звезды за 24 микросекунды дуги для объектов, которые в 4000 раз тусклее, чем невооруженный глаз. Это все равно, что измерить толщину человеческого волоса на расстоянии 1000 км. Но это недостаточно точно для сценария Ву. Его работа основана на еще более продвинутой астрометрии, которая, вероятно, появится в ближайшем будущем. «Если точность астрометрии равна или превышает десять микросекунд дуги, все 8707 звезд, расположенных в пределах 30 штук нашей солнечной системы, обладают потенциалом обнаружить четыре планеты-гиганта в течение 100 лет».
Это суть статьи Ву. Область размером 30 парсеков (около 100 световых лет) содержит почти 9000 звезд, и если внеземной спутник одной из этих звезд имеет достаточно мощную астрометрию, то он сможет обнаружить Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Единственным недостатком является то, что им придется наблюдать за нашей Солнечной системой почти столетие, чтобы убедиться, что сигнал четкий.
Эта цифра из исследования показывает, сколько времени понадобится внеземному разуму с продвинутой астрометрией, чтобы обнаружить четыре планеты-гиганта нашей Солнечной системы. «Мы обнаружили, что все четыре гиганта в нашей Солнечной системе могут быть обнаружены и хорошо охарактеризованы, если их наблюдать в течение как минимум 90 лет с SNR > 1», — пишет автор. Изображение предоставлено: Ву 2023.Согласно Каталогу близлежащих звезд Гайи, в радиусе 100 световых лет от Солнца находится 8707 звезд. ETI на любом из них мог бы обнаружить четырех гигантов, если их точность находится в пределах десяти микросекунд дуги. Ключевую роль здесь играет точность, выраженная в микросекундах дуги, и если ошибка наблюдения слишком велика, это имеет огромный эффект и резко сокращает количество достаточно близких звезд. «Если ошибка наблюдения составит 100 микросекунд дуги, только 183 соседние звезды смогут обнаружить всех четырех гигантов, но все они смогут обнаружить Юпитер в течение десяти лет», — объясняет Ву.
Обнаружение Юпитера на расстоянии может стать критическим порогом. Когда Gaia опубликовала свой первый набор данных в 2016 году, в документе ЕКА, в котором обсуждалась миссия, были затронуты вопросы экзопланетной науки и важности обнаружения планет массой с Юпитер. Он основан на идее о том, что Юпитер, возможно, играл защитную роль, отклоняя астероиды и кометы от планет внутренней Солнечной системы. «Это логичные главные цели для будущих поисков экзопланет земной массы в обитаемой зоне на орбите, защищенной гигантской планетой дальше», — говорится в документе.
Внеземные цивилизации могут знать о солнечных системах то, чего не знаем мы. Для них обнаружение газовых гигантов во внешних регионах за пределами пояса астероидов Солнечной системы может быть сильным сигналом о том, что каменистые планеты находятся ближе к звезде. Возможно, им будет любопытно, и они захотят рассмотреть их поближе.
Что действительно становится интересным, так это когда дело касается нашей планеты. Могут ли внеземные цивилизации обнаружить Землю с помощью астрометрии?
Это, опять же, зависит от точности в микросекундах. «Кроме того, наш прогноз предполагает, что более 300 звезд, расположенных в пределах десяти парсеков от нашей солнечной системы, смогут обнаружить нашу Землю, если они достигнут
точность астрометрии 0,3 микросекунды дуги», — пишет Ву. Технологические барьеры пока мешают нам добиться этого, но кто знает, каким может быть технологический уровень внеземного разума?
Теперь переверните эту идею с учетом наших собственных технологических достижений.
ЕКА уже обсуждает преемника Gaia. Они называют его GaiaNIR, и он расширит возможности поиска Gaia на объекты, видимые только в инфракрасном диапазоне. Если он будет построен и запущен, он не только будет измерять ИК-цели, но и снова вернется к целям Гайи, чтобы еще больше повысить точность существующих данных Гайи.
Согласно одной статье, усовершенствования GaiaNIR откроют «новые научные исследования, такие как долгопериодические экзопланеты». Длиннопериодические планеты сложно обнаружить транзитным методом, поскольку за звездой приходится долго наблюдать. Например Нептун с его 165-летней орбитой. Благодаря усовершенствованной технологии GaiaNIR и еще большему количеству усовершенствований в будущем мы сможем обнаружить планеты размером с Землю в радиусе 10 парсек.
Астрометрия является улучшением по сравнению с методом транзита, поскольку метод транзита работает только тогда, когда все выстраивается правильно. Между нами и своей звездой должна пройти экзопланета, прежде чем мы сможем обнаружить провал в свете. Но астрометрия Гайи не имеет такого ограничения. Он может наблюдать за звездой под любым углом, чтобы обнаружить колебания, вызванные планетой.
Насколько технологически продвинутым должен быть внеземной разум, чтобы обнаружить Землю с помощью астрометрии? Есть ли внеземные цивилизации в радиусе 10 парсеков? 30 парсеков? 100 парсеков? Существуют ли вообще ETI?
Кто знает.
Но мы жаждем экзопланет размером с Землю, и это исследование показывает, как Гайя может удовлетворить наш аппетит. Если это произойдет, это может вызвать больше собственных заголовков и привлечь внимание, которое регулярно привлекают другие миссии.
