Kuinka he etsivät planeettoja asumisalueelta, mitkä olosuhteet ovat välttämättömiä elämän muodostumiselle ja mikä on mielenkiintoista Proxima b: n eksoplaneetan löytämisen suhteen
Asutettavissa oleva alue, jota englanniksi kutsutaan asuttava alueeksi, on avaruudessa oleva alue, jolla on suotuisimmat olosuhteet maanpäällisen tyypin elämälle. Termi elinympäristö tarkoittaa, että melkein kaikki elämän edellytykset täyttyvät, emme vain näe sitä. Elämäsoveltuvuus määräytyy seuraavien tekijöiden perusteella: veden läsnäolo nestemäisessä muodossa, riittävän tiheä ilmapiiri, kemiallinen monimuotoisuus (yksinkertaiset ja monimutkaiset molekyylit, jotka perustuvat H-, C-, N-, O-, S- ja P-pitoisuuksiin) ja tähden läsnäolo, joka tuo tarvittavan määrän energiaa.
Opintohistoria: maanpäälliset planeetat
Astrofysiikan kannalta asumisalueen käsitteen syntymiselle oli useita kannustimia. Mieti aurinkokuntamme ja neljää maanpäällistä planeettamme: elohopeaa, Venusta, maata ja Marsia. Elohopealla ei ole ilmapiiriä, ja se on liian lähellä aurinkoa, joten se ei ole kovin mielenkiintoinen meille. Tämä on planeetta, jolla on surullinen kohtalo, koska vaikka siinä olisi ilmapiiri, aurinkotuuli kantaisi sen pois, ts. Tähtivirtaan jatkuvasti virtaavan plasmavirran.
Mieti muita aurinkokunnan maanpäällisiä planeettoja - nämä ovat Venus, Maa ja Mars. Ne syntyivät käytännössä samassa paikassa ja samoissa olosuhteissa ~ 4,5 miljardia vuotta sitten. Ja siksi astrofysiikan kannalta niiden evoluution pitäisi olla melko samanlainen. Nyt, avaruuskauden alussa, kun olemme edenneet tutkimaan näitä planeettoja avaruusaluksilla, saadut tulokset osoittivat erittäin erilaisia olosuhteita näillä planeetoilla. Tiedämme nyt, että Venuksella on erittäin korkea paine ja se on erittäin kuuma pinnalla, 460-480 ° C - nämä ovat lämpötiloja, joissa monet aineet jopa sulavat. Ja ensimmäisistä pinnan panoraamakuvista näimme, että se on täysin eloton ja sitä ei käytännössä voida mukauttaa elämään. Koko pinta on yksi maanosa.
Maanpäälliset planeetat - elohopea, Venus, Maa, Mars
Mainosvideo:
commons.wikimedia.org
Toisaalta, Mars. Se on kylmä maailma. Mars on menettänyt ilmapiirinsä. Tämä on jälleen aavikon pinta, vaikka siellä on vuoria ja tulivuoria. Hiilidioksidi-ilmapiiri on erittäin ohut; jos vesi oli siellä, se oli kaikki jäätynyt. Marsilla on polaarinen korkki, ja Marsiin tehdyn matkan viimeaikaiset tulokset viittaavat siihen, että hiekkapeitteen - regolithin - alla on jäätä.
Ja maa. Erittäin suotuisa lämpötila, vesi ei jäätynyt (ainakaan kaikkialla). Ja juuri maapallolla syntyi elämä - sekä alkeellista että monisoluista, älykästä elämää. Vaikuttaa siltä, että näemme pienen osan aurinkokunnasta, johon muodostui kolme planeettaa, joita kutsuttiin maanpäällisiksi planeeteiksi, mutta niiden kehitys on täysin erilainen. Ja näissä ensimmäisissä ideoissa itse planeettojen mahdollisista evoluutiopolkuista syntyi ajatus asutettavasta alueesta.
Asutettavissa olevien vyöhykkeiden rajat
Astrofysiikot tarkkailevat ja tutkivat ympärillämme olevaa maailmaa, ulkoavaruutta, joka ympäröi meitä, toisin sanoen aurinkokuntamme ja planeettamme järjestelmiä muissa tähteä. Ja voidaksesi systematoida jotenkin, mistä etsiä, mitä kohteita kiinnostaa, sinun on ymmärrettävä, kuinka määrittää asutettavissa oleva alue. Olemme aina uskoneet, että muilla tähtiin pitäisi olla planeettoja, mutta instrumentaalivoima antoi meille mahdollisuuden löytää ensimmäiset eksoplaneetit - aurinkojärjestelmän ulkopuolella sijaitsevat planeetat - vain 20 vuotta sitten.
Kuinka asutettavan alueen sisä- ja ulkorajat määritetään? Uskotaan, että aurinkokunnassamme asuttava vyöhyke sijaitsee etäisyydellä 0,95 - 1,37 tähtitieteellistä yksikköä auringosta. Tiedämme, että Maa on 1 tähtitieteellinen yksikkö (AU) auringosta, Venus on 0,7 AU. esim. Mars - 1,5 a. e. Jos tiedämme tähden kirkkauden, asutettavan vyöhykkeen keskipiste on erittäin helppo laskea - sinun on otettava vain tämän tähden kirkkauden suhteen neliöjuuri ja viitattava auringon kirkkauteen, toisin sanoen:
Rae = (Lstar / Lsun) 1/2.
Tässä Rae on astronomisten yksiköiden asutettavan vyöhykkeen keskimääräinen säde, Lstar ja Lsun ovat halutun tähden ja Auringon bolometriset valoisuudet. Asutettavan alueen vyöhykkeen rajat asetetaan vaatimuksen mukaan, että siinä sijaitsevilla planeetoilla on oltava nestemäistä vettä, koska se on välttämätön liuotin monissa biomekaanisissa reaktioissa. Asutettavan vyöhykkeen ulkorajan ulkopuolella planeetta ei vastaanota tarpeeksi aurinkosäteilyä säteilyhäviöiden kompensoimiseksi, ja sen lämpötila laskee veden jäätymispisteen alapuolelle. Planeetta, joka sijaitsee lähempänä tähtiä kuin asutettavan vyöhykkeen sisärajaa, kuumenee liiallisesti säteilystään, jonka seurauksena vesi haihtuu.
Tarkemmin sanottuna sisärajan määrää sekä planeetan etäisyys tähdestä että sen ilmakehän koostumus ja erityisesti ns. Kasvihuonekaasujen läsnäolo: vesihöyry, hiilidioksidi, metaani, ammoniakki ja muut. Kuten tiedät, kasvihuonekaasut aiheuttavat ilmakehän kuumenemista, mikä katastrofaalisesti kasvavan kasvihuoneilmiön (esimerkiksi varhainen Venus) tapauksessa johtaa veden haihtumiseen planeetan pinnalta ja menetykseen ilmakehästä.
Ulkoraja on jo ongelman toinen puoli. Se voi olla paljon kauempana, kun auringosta on vähän energiaa ja kasvihuonekaasujen esiintyminen Marsin ilmakehässä ei riitä kasvihuoneilmiön aikaansaamiseksi leutoon ilmastoon. Heti kun energian määrästä tulee riittämätöntä, ilmakehän atmosfääristä tulevat kasvihuonekaasut (vesihöyry, metaani jne.) Tiivistyvät, putoavat kuin sade tai lumi ja niin edelleen. Ja todelliset kasvihuonekaasut ovat kertyneet Marsin napakatteen alle.
On erittäin tärkeää sanoa yksi sana aurinkokunnan ulkopuolella oleville tähtiin asuvista vyöhykkeistä: potentiaali on potentiaalisen asumisalueen alue, ts. Siinä täytetään ehdot, jotka ovat välttämättömiä, mutta eivät riittäviä elämän muodostumiseen. Täällä on tarpeen puhua planeetan elinkelpoisuudesta, kun joukko geofysikaalisia ja biokemiallisia ilmiöitä ja prosesseja, kuten magneettikentän läsnäolo, levytektoniikka, planeettapäivien kesto jne. Tulee esiin. Listattuja ilmiöitä ja prosesseja tutkitaan nyt aktiivisesti uudessa tähtitieteellisen tutkimuksen suunnassa - astrobiologiassa.
Etsi planeettoja asuttavalta alueelta
Astrofysiikot yksinkertaisesti etsivät planeettoja ja selvittävät sitten, ovatko ne asutettavissa alueella. Tähtitieteellisistä havainnoista voit nähdä missä tämä planeetta sijaitsee, missä sen kiertorata on. Jos asutettavissa olevalla vyöhykkeellä, niin kiinnostus tämän planeetan kohtaan kasvaa heti. Seuraavaksi sinun on tutkittava tätä planeettaa muista näkökohdista: ilmakehästä, kemiallisesta monimuotoisuudesta, veden läsnäolosta ja lämmön lähteestä. Tämä vie jo jonkin verran "potentiaalin" käsitteen sulujen ulkopuolelle. Mutta suurin ongelma on, että kaikki nämä tähdet ovat hyvin kaukana.
On yksi asia nähdä planeetta lähellä Auringon kaltaista tähteä. On olemassa monia maapallomme kaltaisia eksoplaneetteja - ns. Sub- ja supermaapaloja, ts. Planeettoja, joiden säde on lähellä tai hieman ylittää maan sädettä. Astrofysiikot tutkivat niitä tutkimalla ilmapiiriä, emme näe pintoja - vain yksittäisissä tapauksissa, ns. Suora kuvantaminen, kun näemme vain hyvin kaukana olevan pisteen. Siksi meidän on tutkittava, onko tällä planeetalla ilmapiiri, ja jos on, mikä on sen koostumus, mitä kaasuja siellä on ja niin edelleen.
Exoplanet (punainen piste vasemmalla) ja ruskea kääpiö 2M1207b (keskellä). Ensimmäinen kuva otettiin suoraa kuvantamistekniikkaa käyttäen vuonna 2004
ESO / VLT
Laajassa merkityksessä elämän etsiminen aurinkokunnan ulkopuolella ja aurinkokunnassa on niin kutsuttujen biomarkkereiden etsimistä. Biomarkkereiden uskotaan olevan biologisesti peräisin olevia kemiallisia yhdisteitä. Tiedämme, että tärkein biomarkkeri maan päällä on esimerkiksi hapen läsnäolo ilmakehässä. Tiedämme, että varhaisessa maapallossa oli hyvin vähän happea. Yksinkertaisin, primitiivinen elämä syntyi varhaisessa vaiheessa, monisoluinen elämä syntyi melko myöhään, puhumattakaan älykkäästä. Mutta sitten, fotosynteesin takia, happea alkoi muodostua, ilmapiiri muuttui. Ja tämä on yksi mahdollisista biomarkkereista. Nyt tiedämme muista teorioista, että on olemassa useita planeettoja, joissa on happiatmosfääriä, mutta molekyylin hapen muodostuminen ei aiheudu biologisista vaan tavallisista fysikaalisista prosesseista,Oletetaan, että vesihöyryn hajoaminen tähtien ultraviolettisäteilyn vaikutuksesta. Siksi kaikki innostus, että heti kun näemme molekyylin happea, se tulee olemaan biomarkkeri, ei ole täysin perusteltu.
Mission "Kepler"
Keplerin avaruusteleskooppi (CT) on yksi menestyneimmistä tähtitieteellisistä tehtävistä (tietysti Hubble-avaruusteleskoopin jälkeen). Sen tavoitteena on löytää planeettoja. Kepler CT: n ansiosta olemme tehneet kvanttihyppyä eksoplaneettatutkimuksessa.
Kepler CT oli keskittynyt yhteen löytötapaan - niin kutsuttuihin siirtoihin, kun fotometri - ainoa satelliitissa oleva instrumentti - seurasi tähden kirkkauden muutosta sillä hetkellä, kun planeetta kulki sen ja kaukoputken välillä. Tämä antoi tietoa planeetan kiertoradasta, sen massasta, lämpötilatilasta. Ja tämä antoi mahdolliseksi tunnistaa noin 4500 potentiaalista planeetta-ehdokasta tämän operaation ensimmäisen osan aikana.
Avaruusteleskooppi "Kepler"
NASA
Astrofysiikassa, tähtitiedessä ja luultavasti kaikessa luonnontieteessä on tapana vahvistaa löytöt. Fotometri kirjaa, että tähden kirkkaus muuttuu, mutta mitä tämä voi tarkoittaa? Ehkä tähdellä on jonkinlainen sisäinen prosessi, joka johtaa muutoksiin; planeetat kulkevat - se on pimennetty. Siksi on tarpeen tarkastella muutosten taajuutta. Mutta jotta voidaan sanoa varmasti, että siellä on planeettoja, on välttämätöntä vahvistaa tämä jollain tavalla - esimerkiksi muuttamalla tähden radiaalinopeutta. Eli nyt on noin 3600 planeettaa - nämä ovat planeettoja, jotka on vahvistettu useilla havainnointimenetelmillä. Ja potentiaalisia ehdokkaita on lähes 5000.
Proxima Centauri
Elokuussa 2016 saatiin vahvistus Proxima b-nimisen planeetan läsnäolosta lähellä Proxima Centaurin tähtiä. Miksi se on niin kiinnostava kaikille? Hyvin yksinkertaisesta syystä: se on aurinkoomme lähimpänä oleva tähti 4,2 valovuoden etäisyydellä (ts. Valo kattaa tämän etäisyyden 4,2 vuodessa). Tämä on meille lähinnä eksoplaneetta ja mahdollisesti lähin taivaankappale aurinkokunnalle, jolla voi olla elämää. Ensimmäiset mittaukset tehtiin vuonna 2012, mutta koska tämä tähti on viileä punainen kääpiö, jouduttiin suorittamaan erittäin pitkä mittaussarja. Ja monet Euroopan eteläisen observatorion (ESO) tieteelliset ryhmät ovat tarkkailleet tähtiä usean vuoden ajan. He tekivät verkkosivun nimeltä Pale Red Dot (palereddot.org - toim.), Eli 'vaaleanpunainen piste', ja julkaisivat havainnot sinne. Tähtitieteilijät houkuttelivat erilaisia tarkkailijoita, ja havaintojen tuloksia oli mahdollista seurata julkisesti. Joten oli mahdollista seurata tätä planeetan löytämisprosessia melkein verkossa. Ja tarkkailuohjelman ja verkkosivuston nimi juontaa juurensa termiin vaaleanpunainen piste, jonka tunnettu amerikkalainen tutkija Carl Sagan keksi avaruusalusten lähettämistä maapallon kuvista aurinkokunnan syvyyksistä. Kun yritämme löytää maapallon kaltaista planeetta muista tähtijärjestelmistä, voimme yrittää kuvitella miltä planeettamme näyttää avaruuden syvyyksistä. Tämä projekti sai nimensä vaaleansininen piste ('vaaleansininen piste'), koska avaruudesta, ilmakehän valoisuuden vuoksi, planeettamme on näkyvissä sinisenä pisteenä.oli mahdollista seurata tätä planeetan löytämisprosessia melkein verkossa. Ja tarkkailuohjelman ja verkkosivuston nimi juontaa juurensa termiin vaaleanpunainen piste, jonka tunnettu amerikkalainen tutkija Carl Sagan keksi avaruusalusten lähettämistä maapallon kuvista aurinkokunnan syvyyksistä. Kun yritämme löytää maapallon kaltaista planeetta muista tähtijärjestelmistä, voimme yrittää kuvitella miltä planeettamme näyttää avaruuden syvyyksistä. Tämä projekti sai nimensä vaaleansininen piste ('vaaleansininen piste'), koska avaruudesta, ilmakehän valoisuuden vuoksi, planeettamme on näkyvissä sinisenä pisteenä.oli mahdollista seurata tätä planeetan löytämisprosessia melkein verkossa. Ja tarkkailuohjelman ja verkkosivuston nimi juontaa juurensa termiin vaaleanpunainen piste, jonka tunnettu amerikkalainen tutkija Carl Sagan keksi avaruusalusten lähettämistä maapallon kuvista aurinkokunnan syvyyksistä. Kun yritämme löytää maapallon kaltaista planeetta muista tähtijärjestelmistä, voimme yrittää kuvitella miltä planeettamme näyttää avaruuden syvyyksistä. Tämä projekti sai nimensä vaaleansininen piste ('vaaleansininen piste'), koska avaruudesta, ilmakehän valoisuuden vuoksi, planeettamme on näkyvissä sinisenä pisteenä.kuuluisan amerikkalaisen tutkijan Carl Saganin ehdottamat kuvat maapallosta, jotka avaruusalukset lähettävät aurinkokunnan syvyyksistä. Kun yritämme löytää maapallon kaltaista planeetta muista tähtijärjestelmistä, voimme yrittää kuvitella miltä planeettamme näyttää avaruuden syvyyksistä. Tämä projekti sai nimensä vaaleansininen piste ('vaaleansininen piste'), koska avaruudesta, ilmakehän valoisuuden vuoksi, planeettamme on näkyvissä sinisenä pisteenä.kuuluisan amerikkalaisen tutkijan Carl Saganin ehdottamat kuvat maapallosta, jotka avaruusalukset lähettävät aurinkokunnan syvyyksistä. Kun yritämme löytää maapallon kaltaista planeetta muista tähtijärjestelmistä, voimme yrittää kuvitella miltä planeettamme näyttää avaruuden syvyyksistä. Tämä projekti sai nimensä vaaleansininen piste ('vaaleansininen piste'), koska avaruudesta, ilmakehän valoisuuden vuoksi, planeettamme on näkyvissä sinisenä pisteenä.
Planeetta Proxima b löysi itsensä tähtien asutettavalta vyöhykkeeltä ja suhteellisen lähellä maata. Jos me, planeetta Maa, olemme 1 astronomista yksikköä tähtiämme kohti, niin tämä uusi planeetta on 0,05 eli 200 kertaa lähempänä. Mutta tähti paistaa vaaleampana, se on kylmempi, ja jo niin suurilla etäisyyksillä se kuuluu ns. Vuoroveden sieppausvyöhykkeelle. Kun maa valloitti Kuun ja ne pyörivät yhdessä, sama tilanne on täällä. Mutta samaan aikaan planeetan toinen puoli on lämmitetty, ja toinen on kylmä.
Proxima Centauri b: n väitetty maisema taiteilijan näkemänä
ESO / M. Kornmesser
On olemassa sellaisia ilmasto-olosuhteita, tuulijärjestelmä, joka vaihtaa lämpöä lämmitetyn osan ja pimeän osan välillä, ja näiden pallonpuoliskojen rajoilla voi olla melko suotuisat olosuhteet elämälle. Mutta Proxima Centauri b-planeetan ongelmana on, että vanhemmatähti on punainen kääpiö. Punaiset kääpiöt elävät melko kauan, mutta heillä on yksi erityinen ominaisuus: he ovat erittäin aktiivisia. On tähtien leimahduksia, sepelvaltimoiden poistoja ja niin edelleen. Tästä järjestelmästä on jo julkaistu varsin paljon tieteellisiä artikkeleita, joissa esimerkiksi sanotaan, että toisin kuin maa, ultraviolettisäteily on 20-30 kertaa korkeampi. Toisin sanoen, jotta pinnalla olisi suotuisat olosuhteet, ilmakehän on oltava riittävän tiheää suojaamaan säteilyltä. Mutta tämä on ainoa lähimpänä eksoplaneetta,jota voidaan tutkia yksityiskohtaisesti seuraavan sukupolven tähtitieteellisten instrumenttien kanssa. Tarkkaile ilmakehää, katso mitä siellä tapahtuu, onko siellä kasvihuonekaasuja, mikä on siellä oleva ilmasto, onko siellä biomarkkereita. Astrofysiikot tutkivat planeetta Proxima b, kuuma tutkimuskohde.
Perspectives
Odotamme useita uusia maa- ja avaruusteleskooppeja, uusia instrumentteja markkinoille. Venäjällä tämä on Spektr-UF-avaruuskaukoputki. Venäjän tiedeakatemian tähtitieteen instituutti työskentelee aktiivisesti tämän hankkeen parissa. Vuonna 2018 julkaistaan amerikkalainen avaruusteleskooppi. James Webb on seuraava sukupolvi verrattuna CT im: iin. Hubble. Sen resoluutio on paljon suurempi, ja pystymme tarkkailemaan ilmakehän koostumusta niissä eksoplaneetoissa, joista tiedämme, jotenkin ratkaisemaan niiden rakenteen, ilmastojärjestelmän. Mutta on ymmärrettävä, että tämä on yleinen tähtitieteellinen instrumentti - luonnollisesti, myös CT: ssä, tulee olemaan erittäin voimakas kilpailu. Hubble: joku haluaa katsella galaksia, joku - tähdet, joku muu jotain. Suunnitellaan useita erikoistuneita matkoja eksoplaneettojen tutkimiseen,esimerkiksi NASA: n TESS (Exit Planet Survey Satellite). Itse asiassa seuraavan 10 vuoden aikana voimme odottaa merkittävää parannusta tietoihimme eksoplaneetoista yleensä ja erityisesti potentiaalisesti asuttavista eksoplaneetoista, kuten Maasta.
Valeri Shematovich, fysiikan ja matematiikan tohtori, aurinkokunnan tutkimuksen laitoksen johtaja, Tähtitieteen instituutti, Venäjän tiedeakatemia