Viime aikoina kommentoimme Proxima b: n löytämistä, planeetan, josta on tullut kirsikka eksoplaneettakakun päällä. Ja 22. helmikuuta 2017 ilmoitettiin fanfareilla, että löydettiin kolme planeettaa kerralla toisen punaisen kääpiön - TRAPPIST-1 - asutettavalla alueella. Tämä järjestelmä on lähes kymmenen kertaa kauempana kuin Proxima Centauri, mutta on ainakin kaksi olosuhetta, jotka tekevät löydöstä kakun toisen kirsikan viime kuukausien aikana. Se:
- asuttavalla vyöhykkeellä on kolme planeettaa kerralla, tämä lisää todennäköisyyttä, että ainakin yksi niistä soveltuu elämään;
- nämä planeetat, toisin kuin Proxima b, ovat ohimeneviä, toisin sanoen ne kulkevat maapallon tarkkailijan tähtikiekkoa pitkin, mikä helpottaa suuresti niiden ilmakehän havaitsemista.
Muutama sana sensaation historiasta. Järjestelmän löysi vuonna 2015 pieni belgialainen kaukoputki TRAPPIST. Nimi - Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope South - räätälöidään belgialaiseen olutmerkkiin. Kaukoputki sijaitsee Chilessä Euroopan eteläisen observatorion La Sillan observatoriossa.
Sen avulla löydettiin kolme kauttakulkuplaneettaa lähellä kylmää punaista kääpiötä 2MASS J23062928-0502285 [1], joka sai toisen, inhimillisemmän nimen TRAPPIST-1 - tämä oli ensimmäinen planeetan järjestelmä, jonka tämä teleskooppi löysi. Sitten eurooppalainen VLT-teleskooppi (Very Large Telescope) havaitsi järjestelmän, ja lopuksi NASA Spitzer -infrapuna-avaruusteleskoopin tietojen ansiosta järjestelmä "selvitettiin" ja havaittiin, että planeetoja on seitsemän. Viimeinen vaihe oli NASA: n lehdistötilaisuus 22. helmikuuta.
Kuva: 1. TRAPPIST-1-tähden valokäyrä Spitzer-avaruusteleskoopin 20 päivän istunnon aikana. Vihreät pisteet - havainnot maanpäällisillä kaukoputkilla. Pystysuora - tähden kirkkaus tällä hetkellä suhteessa keskimääräiseen kirkkauteen. Timantit merkitsevät tiettyjen planeettojen kauttakulkuja. Pisteiden ylöspäin työnnöt ovat todennäköisesti tähtien soihdut. Planeetalla h on vain yksi kauttakulku. Sen ajanjakso ja kiertoradan säde arvioidaan yhden kauttakulun keston perusteella (katso kuva 2)
Kuva: 2. Tähden valokäyrät kunkin seitsemän planeetan kauttakulkujen aikana
Mainosvideo:
Asutettavaan vyöhykkeeseen kuuluvat planeetat e, f, g, vaikka ensi silmäyksellä planeetta d soveltuu paremmin lämmityksen voimakkuuteen kuin g. Tämä edellyttää melko monimutkaista keskustelua mahdollisten kasvihuoneilmiöiden arvioiden kanssa, mukaan lukien paljon epävarmuustekijöitä. Asutettavan alueen käsite on tietysti hyvin mielivaltainen.
Riippumatta siitä, miten määrittelemme asumiskelpoisen vyöhykkeen, näiden planeettojen todellisessa elämässään on vakavia ongelmia. Samat ongelmat kuin Proxima b. Ne liittyvät punaisten kääpiöiden luonteeseen.
1. Nämä ovat tähtiä, joilla on erittäin voimakas magneettinen aktiivisuus. Heillä on paksu konvektiivikerros. Toisin kuin Aurinko, jossa lämpö siirtyy ulkopuolelle pääasiassa fotonien diffuusion avulla, siellä vallitsee konvektio. Aurinko on myös konvektio, minkä vuoksi täplät, soihdut, näkyvyydet ja maapallolla - magneettiset myrskyt ja aurorit. Siellä kaikki nämä ilmiöt ovat paljon voimakkaampia.
2. Näiden tähtien kirkkaus elämäkerransa alussa muuttuu suuresti. Ensimmäisten miljoonien vuosien ajan ne loistavat kymmeniä tai jopa satoja kertoja kirkkaammin kuin vakaassa tilassa.
3. Punakääpiöiden asuttava vyöhyke on niin lähellä tähtiä, että planeetat putoavat vuoroveden sulkeutumiseen: joko he ovat aina tähtiä vastapäätä toisella puolella tai päivä on pidempi kuin vuosi (TRAPPIST-1-järjestelmän osalta ensimmäinen vaihtoehto on todennäköisempi).
Mitä tehdä, luonto toista kertaa alle vuodessa liukastaa meidät juuri sellaisiin ei kovin rohkaiseviin planeettajärjestelmiin. Tämä ei ole yllättävää - ne on paljon helpompi löytää spektrometrisellä menetelmällä (maapalloa on mahdotonta havaita lähellä Auringoa tällä tavoin), ne osoittautuvat todennäköisemmin ohimeneviksi, ja kauttakuljetukset ovat vihdoin kontrastisempia punaisiin kääpiöihin kuin keltaisiin ja oransseihin.
Kuva: 3. Kolmen planeetan samanaikainen kauttakulku. Valokäyrä otettiin 11. joulukuuta 2015 eurooppalaisella VLT-kaukoputkella
Joten TRAPPIST-1-järjestelmän tiedot löytyivät (emme esitä virheitä).
| Planeetta | Kiertoradan säde | Aika | Planeetan säde | Lämmitysteho (maanpäällisissä yksiköissä) |
| b | AU 0,011 | 1,51 päivää | 1.09 Re | 4.25 |
| c | 0,015 | 2.42 | 1.06 | 2.27 |
| d | 0,021 | 4.05 | 0,77 | 1.14 |
| e | 0,028 | 6.10 | 0,92 | 0,66 |
| f | 0,037 | 9.21 | 1.04 | 0,38 |
| g | 0,045 | 12.35 | 1.13 | 0,26 |
| h | 0,063 | ~ 20 | 0,75 | 0,13 |
Tähti. Massa - 0,08 aurinkoa, säde -0,117 aurinkoa, kirkkaus - 0,5103 aurinkoa, lämpötila 2550 K
Planeettojen massoja oli mahdollista arvioida karkeasti - niiden vuorovaikutuksen takia kauttakuljetukset ovat hieman siirtyneitä ajassa. Virheet massan määrittämisessä ovat suuria, mutta voimme jo päätellä, että planeettojen tiheys vastaa kiven täytettä.
Tietysti maan kaltaisia planeettoja lähellä aurinkomaisia tähtiä löytyy lähitulevaisuudessa. Itse asiassa useita tällaisia planeettoja on jo löydetty Kepler-tiedoista, vain ne ovat hyvin kaukana. Riittää, kun tarkkailet useita satoja kirkkaita tähtiä taivaalla (mikä on suunniteltu tulevina vuosina), ja tällaiset planeetat löydetään sadan valovuoden kuluessa (ja jos olet onnekas, vielä lähempänä).
Itse asiassa mukavat planeetat lähellä miellyttäviä tähtiä ovat 15–20 valovuoden sisällä (tämä seuraa Keplerin saamista tilastoista), mutta niiden löytämiseksi tarvitaan avaruusinterferometrejä, jotka eivät ilmesty pian (katso [2]).
Toivo siitä, että ainakin yksi planeetoista soveltuu elämään, säilyy. Aluksi heillä voi olla paljon vettä - he eivät voineet muodostua nykyiseen sijaintiinsa, ja heidän täytyi siirtyä tähtiin protoplaneettalevyn kehältä - lumiviivan takia, jossa on paljon jääkappaleita. Totta, he muuttivat takaisin aikakauteen, jolloin tähti oli paljon kirkkaampi. Mutta Proxima b: lle tehdyt arviot osoittavat, että planeettojen vesipallot voisivat selviytyä kymmenien miljoonien vuosien kuumasta kuumuudesta.
Vuorovesien sulkeminen ei ole kohtalokasta, jos planeetalla on paksu ilmakehä ja globaali valtameri - lämmönsiirto pystyy tasoittamaan lämpötilaeron päivä- ja yöpuolipallojen välillä.
Vakavampi ongelma on ilmakehän puhallus tähtituulen ja kovan säteilyn avulla. Lehdistötilaisuudessa sanottiin, että tähti on nyt rauhallinen. Tämä pätee, jos tarkoitamme lämpösäteilyä, mutta ei röntgensäteitä: TRAPPIST-1 - mitattuna suoraan XMM-avaruuden observatoriosta - lähettää suunnilleen saman määrän röntgensäteitä kuin aurinko. Koska planeetat ovat kymmenen kertaa lähempänä tähtiä kuin maa on aurinkoa, niiden röntgensäteily on kolme suuruusluokkaa suurempi kuin Maan.
Röntgen ei aiheuta suoraa uhkaa elämälle - ilmasto absorboi sen. Ongelma on planeetan kuivuminen: röntgensäteet ja kova ultraviolettivalo hajottavat vesimolekyylit - vety haihtuu helposti, happi sitoutuu. Vielä pahempaa on, että koska siellä on voimakasta röntgenkuvaa, on oltava voimakas tähtituuli - se irtoaa ilmakehän ulkokerroksista. Ainoa pelastus tässä tapauksessa on planeetan magneettikenttä. Onko näillä planeetoilla riittävän vahva kenttä, on kysymys. Ehkä on.
Joten, toivo on edelleen olemassa, että jotkut TRAPPIST-1-järjestelmän planeetoista soveltuvat elämään. Voidaanko tämä toivo vahvistaa tai kieltää? Se on mahdollista ja paljon helpompaa kuin Proxima b: n tapauksessa, jossa täytyy tarkkailla joko heijastunutta tai planeetan omaa lämpösäteilyä.
On hyvin vaikeaa erottaa sitä tähden säteilystä. Täällä planeettojen ilmakehät voidaan havaita valossa, mikä on verratta helpompaa.
Proxima b: n tapauksessa uusi James Webbin avaruusteleskooppi pystyy näyttämään jotain vain äärimmäisessä tapauksessa: toinen pallonpuolisko on kuuma, toinen on jäätynyt. TRAPPIST-1: n tapauksessa on realistista nähdä absorptioviivat planeettojen ilmakehissä. Tai aseta joitain rajoituksia päälle. Yksi tällainen rajoitus on jo asetettu: sisemmillä planeetoilla ei ole paksuja vetyatmosfäärejä.
Kuva: 4. Kaavio TRAPPIST-1-järjestelmän kiertoradoista. Asumisalue on merkitty harmaalla. Pisteviivat - hän on hieman erilaisessa tulkinnassa
Onko teoreettinen mahdollisuus, että James Webb löytää elämän jollakin näistä planeetoista? Elämän kaikkein kaunopuheisin merkki on happi. Se on täysin havaittavissa sekä otsonina että O2: na. Toinen asia on, että jonkin verran happea voidaan muodostaa esimerkiksi vesimolekyylien dissosiaation vuoksi tähden kovalla säteilyllä. Arvioida, kuinka paljon happea on luotettava merkki, ei ole helppoa. On välttämätöntä tietää dissosiaationopeus ja hapen sitoutumisnopeus - epävarmuustekijöitä on monia. Mutta jos happea on niin paljon kuin maapallolla, ei ole minne mennä: vain elämä voi antaa tämän. Jos happea on vähän, se ei tarkoita sitä, ettei elämää ole: maapallolla oli vähän happea parin ensimmäisen miljardin vuoden ajan.
Lopuksi haluaisin ilmaista pahoillani siitä, että Venäjä ohitti eksoplaneettojen tutkimuksen. On olemassa yksilöitä ja yksittäisiä työpaikkoja, mutta ei muuta. Mutta tämä alue ei vaadi jättimäisiä asennuksia - pikemminkin harmaata ainetta ja sitkeyttä kuin tiedeemme on aina pystynyt ylpeilemään. Venäläisen "Millimetron" -projektin - kryogeenisen avaruusteleskoopin, jossa on 10 metrin peili, toivoa on jonkin verran: projektissa eksoplaneettojen tutkimus on yksi ensimmäisistä kohdista. Tämä on kuitenkin erillisen julkaisun aihe.
Boris Stern, astrofyysikko, tohtori fyysinen -matto. tieteet, johtanut. tieteellinen. sotr. Ydintutkimuslaitos RAS (Troitsk)