Avastatud eksoplaneetide arv kasvab pidevalt. Ja meie jaoks pole enam nii oluline leida teine eksoplaneet, kuidas leida sellist, kus võib olla elu, kust vennad meeles suudavad meie poole lennata või kuhu me ehk lendame, kui Maa muutub krampi või on eluks kõlbmatu. Kuidas leida …
Mida me otsime?
Mida tähendab potentsiaalselt asustatav planeet meie jaoks? See on planeet, kus võib olla elu bakterite või isegi taimede ja loomade kujul, või planeet, kus elu on evolutsiooni tulemusel jõudnud intelligentsesse vormi, nagu meie, või isegi ületanud selle. Ja muidugi planeet, kuhu me saame, kui kujutame ette tähtedevahelise reisimise saadavust, minna ja tunda end seal koduselt. Ilma et välistataks selle terraformeerimise vajadust.
Meil on ainult üks näide elamiskõlblikust planeedist - meie Maa. Kaugelt kosmoselt näeb see välja nagu vaevalt eristatav sinine punkt. Eeldatakse, et tingimused Maal sobivad kõige paremini elu tekkimiseks ja selle jätkuvaks eksisteerimiseks. Samuti võime eeldada, et teise planeedi sarnased omadused võimaldavad sellel pikka aega eksisteerida. Planeet võib olla pisut suurem või väiksem, pisut soojem või külmem, kuid siiski meie omaga sarnane.
Ja jah, me peame kinni süsiniku šovinismist. Midagi viitab sellele, et näiteks räni või lämmastiku eluga on meil raske kontakti luua ning selliste eluvormide olemasoluks sobivatel planeetidel olevad tingimused tõenäoliselt meile ei sobi.
Kuid kõik tähed, välja arvatud põline Päike, asuvad meist väga kaugel. Kuidas saate õppida midagi nende planeetide kohta? Saadame sondid oma "lähedastele" planeetidele, mille lend võib võtta aastaid. Paljud neist ei suuda naasta ja seetõttu toimuvad kõik uuringud saabumispunktis. Maale saadetakse tagasi ainult instrumentide kogutud teave. Kuidas me saame teada midagi planeedi kohta, millele me täna füüsiliselt ei saa saata isegi ühte uurimissondit? Pealegi on juba avastatud palju huvitavaid eksoplaneete. On võimalusi.
Reklaamvideo:
Suurus
Eksoplaneedi suurus on tavaliselt esimene parameeter, mida teadlased selle avastamisel teavad. Transiidimeetod võimaldab tuvastada planeete teiste tähtede lähedal ja määrata nende suuruse. See on rekordiline meetod avatud planeetide jaoks. Just sel viisil avab Kepleri orbiidil liikuv teleskoop planeete. Pigem teadlased, kes töötlevad temalt saadud andmeid.
Eriti selle meetodi avastas planeet Kepler-438b. Leitud 2015. aasta jaanuaris Lyra tähtkujus, on seda juba pikka aega peetud kõige maapõuesemaks eksoplaneediks. Nii suuruse kui ka pinnatemperatuuri poolest on see peaaegu identne Maaga. Selle sarnasuse indeks (Maa sarnasuse indeks, ESI) on 0,88 (vastavalt meie planeedil võetakse 1).
Transiidimeetod ise ei võimalda tuvastada planeedi olemasolu üheski konkreetses tähes. Selle abiga otsivad nad taeva teatud osades tähti tähtede lähedal asuvaid planeete. Vaatluskeskused nagu Kepler jälgivad taevapiirkondi tuhandete ja isegi kümnete ja sadade tuhandete tähtedega. Enamik neist on palja silmaga nähtamatud. Perioodiliselt hämardub mõne tähe valgus mõneks ajaks. Tähe heleduse languse registreerimisega eeldavad teadlased, et selle põhjuseks on planeedi läbimine selle ees. See tähendab, et vaatleja - teleskoobi - ja tähe vahel ilmneb takistus, mis põhjustab tähe heleduse vähenemist loomulikult maise vaatleja seisukohast.
Transiidi meetod / & copy; wikipedia.org
Kui selline heleduse langus toimub korrapäraste ajavahemike järel, siis on juba rohkem põhjust arvata, et sellel tähel on planeet. Lisaks saab teada selle orbitaalperiood.
Veelgi enam, planeedi, selle orbitaaltasandi tuvastamiseks peavad täht ja teleskoop olema praktiliselt samal joonel. Vastasel juhul ei saa seda lihtsalt registreerida. See on tegelikult väike eclipse. Ka meie süsteemis on sarnaseid nähtusi. Näiteks peidab kuu päikesevarjutuse ajal päikese ketast. Või läbivad meie kohalikud planeedid - Veenus ja Merkuur - perioodiliselt Päikese ketast.
Ja nagu juba mainitud, võimaldab transiidimeetod kindlaks teha taevakeha mõõtmed - raadiuse ja ruumala. Lõppude lõpuks sõltub summa, mille võrra tähe heledus langeb, selle ketast läbiva eksoplaneedi suurusest. Selle väärtuse täpse fikseerimise abil saate kindlaks teha planeedi suuruse. Näiteks Kepler-438b on Maast vaid 12% suurem.
Kaal
Esimene eksoplaneet, mis avastati "normaalses", see tähendab päikesetaolises tähes, oli 51 Pegasust. Mõnda aega hüüti teda Bellerophoniks, kuid nüüd sai ta ametliku nime "Dimidius". Enne seda avastati eksoplaneete ainult pulsaaride lähedal. Dimidium asub meist 50,1 valgusaasta kaugusel ja seda peeti algselt tahkeks maakera sarnaseks planeediks, mis muidugi tekitas tema vastu huvi.
Planeet avastati Doppleri spektroskoopia abil või radiaalsete kiiruste meetodil. Ja hiljem kinnitas selle olemasolu transiidimeetodil. Kuigi sagedamini juhtub see vastupidi.
Doppleri spektroskoopia meetod / & copy; wikipedia.org
Doppleri meetodi puhul ei näe me ka planeeti ennast, vaid jälgime ainult tähe valgust. Kuid seekord ei huvita meid mitte heleduse langus, vaid selle spektri punase või sinise nihke olemasolu. Kui täht meist eemaldub, nihkub selle spekter punasele poole, kui ta läheneb meile, siis sinisele. Miks täht paigal ei seisa? Sest planeet pöörleb tähe ümber orbiidil, mis piltlikult öeldes raputab oma tähte, paneb selle võnkuma ja vastavalt kas läheneb vaatlejale või eemaldub temast.
Mõlemad taevakehad liiguvad ühes ja samas massikeskmes. Astronoomid on juba õppinud tähtede massi määramiseks ja seda teades saate määrata planeedi massi. Eksoplaneedi mass ja raadius võimaldavad teil teada saada raskuskiirenduse selle pinnal. See tähendab, et võime näiteks arvata, kui mugavalt me end planeedile maandumisel tunneksime. Lisaks võimaldab see teil mõista, kas planeet suudab atmosfääri hoida. Ja isegi eeldada, et selles on teatud gaase. Näiteks ei sisalda Maa, nagu teada, gaasiümbrises kerget vesinikku ja heeliumi. Ja massiline Jupiter on hoopis vastupidine.
Dimidius ise, nagu selgus, polnud eluks üldse sobiv. See esindab niinimetatud "kuuma Jupiterit" - gaasigigant, mille atmosfäär on kuumutatud mõnede hinnangute kohaselt temperatuurini 1000 ° C. Selle mass on umbes võrdne poolega Jupiteri massist, mis muuseas kajastub nimes (ladina sõna dimidium tähendab "pool").
Tihedus
Nagu näeme, ei saa planeedi massi ja suurust alati üheaegselt määrata. Selleks on vaja kahte meetodit - transiit ja Doppler. Kuid pärast seda saame teada ka tiheduse, mida määratletakse kui kehamassi ja selle keha poolt kasutatava ruumala suhet. Ja kui raadius on teada, arvutatakse planeetide ruumala.
Kepler-78b asub umbes 400 valgusaasta kaugusel. Ja see on esimene planeedil Maa suurus, mille jaoks oli võimalik tihedust arvutada. Muidugi on see Maast 16% suurem ja umbes 69–85% raskem, kuid selle tihedus on siiski 5,3–5,6 g / cm³. Meie planeedi jaoks on see näitaja 5,52 g / cm³. See viitab sellele, et planeet, nagu ka Maa, koosneb rauast ja kivist. Siin on ainult üks asi - siin lõpevad sarnasused meie planeediga.
Planeet on oma vanemtähega liiga lähedal: neid eraldab vaid 0,01 AU. e) Orbitaalperiood on uskumatult väike - see on vaid 8,5 tundi. Seetõttu on siin elu otsimine tõenäoliselt kasutu: see planeet on laava ookean. Valgustatud külje temperatuur on vahemikus 2100-2800 ° C. Selle pind on kaetud laavaga.
Asustatavas tsoonis olemine
1400 valgusaasta kaugusel asuvas Cygnuse tähtkujus asuv Kepler-452b on esimene Maa-sarnane planeet, mida leidub päikesesarnase tähe "elamisvööndis". Planeedi orbiidiperiood on 385 Maa päeva. See tähendab, et aasta sellel on vaid 5% pikem kui Maal. Seega on see vaid pisut kaugel oma päikesest. Kaugus planeedist tähe Kepler-452 (orbiidi pooltelgtelg) on 1,046 AU. e., muide, täht ise on 10% suurem kui meie Päike. Kepler-452 asustatav tsoon on peaaegu sama suur kui Päikesesüsteem.
Kepler-452b on hüüdnimega "teine Maa", kuid see on endiselt 60% suurem. Kuid Kepler-186fist sai esimene Maa lähedase raadiusega planeet, mis avastati asustatavast tsoonist. See on vaid 13% suurem kui meie planeet. Ja just nagu Kepler-452b, avastati see tänu Kepleri teleskoobile ka transiidimeetodil. Kuid asustatav tsoon selles tähesüsteemis on väiksem: see on vahemikus 0,22 AU. e. kuni 0,4 a. e. ja planeet ise on oma tähe, punase kääbuse Kepler-186 lähedal, nii nagu meie elavhõbe on Päikese käes - tema orbiidi poolsuunaline telg on 0,393 AU. e) muide, nagu võib öelda planeedi nimest, pole see Kepler-186 perekonnas üksi. Kuid kõik tema neli õde "nimesid" b, c, d ja e ei pääsenud elamiskõlblikku tsooni. Need asuvad tähe lähedal ja see on seal liiga kuum, et vedelikku vett pinnale satuks.
Päikesesüsteemi, Kepler-452b ja Kepler-186f / & copy elamiskõlblike tsoonide võrdlus; wikipedia.org
Neid ja enamikku teisi planeete peetakse potentsiaalselt elamiskõlblikuks peamiselt seetõttu, et nad asuvad nende tähtede elamiskõlblikes tsoonides - st kohtades, kus planeet saab piisavalt energiat, et tagada suurem osa planeedi veest vedelal kujul. See tsoon arvutatakse tähe suuruse ja heleduse põhjal.
Atmosfääri koostis ja biomarkerid
Mis aga lubab kaugelt vaadates öelda, et elu kasutas sellegipoolest oma võimalust ja ärkas kord elutul planeedil? Esiteks, teatud keemiliste ühendite - biomarkerite - olemasolu planeedi atmosfääris, mis ütlevad näiteks, et elu planeedil "hingab", see tähendab, et sellel toimuvad mõned bioloogilised protsessid. Võtke näiteks hapnik ja süsinikdioksiid. Esimest eritavad taimed fotosünteesi tagajärjel ja seda tarbivad loomad hingamisprotsessis, teist hingavad loomad välja ja imendavad taimed. Kuid see on ainult üks näide.
Kokku eristatakse viit biomarkerit: vesi, süsinikdioksiid, metaan, hapnik ja osoon. Muidugi võib igal neist olla oma loomulik, eluga mitteseotud, päritolu. Kuid kui nad leitakse koos ja isegi Maaga sarnasel planeedil, on tõenäosus, et see asustatakse, suur.
Eksoplaneedi atmosfääri keemilise koostise leidmiseks on mitu võimalust. Esimene neist on planeedi transiidi ajal. Meetodit nimetatakse "ülekandespektroskoopiaks". Planeet läbib Maal asuva vaatleja ja tema tähe vahel. Tähelt väljuv valgus läbib eksoplaneedi atmosfääri ja jõuab vaatlejani. Kuid sel juhul neelab osa planeedi atmosfääris olevat valgust. Spektrianalüüsi läbiviimisel võite leida selles osalenud keemilised elemendid. Märkide valguse vikerkaare spektriks purustades võite pöörata tähelepanu langustele - tumedatele kitsastele spektraaljoontele, millest igaüks vastab konkreetsele keemilisele elemendile.
Spektroskoopia meetod / & copy; solarsystem.jpl.nasa.gov
Võimalike eksoplaneetide otsimise ees seisavad tänapäevaste Kepleri ja Hubble'i teleskoopide asendamised. Esimese asendamisel - TESS - otsitakse eksoplaneete, teise järeltulija - "James Webb" - uuritakse iga leidu üksikasjalikult.
On veel kaks lootustandvat viisi. Me näeme Päikesesüsteemi planeete, kuna need peegeldavad meie tähe valgust. Kõik planeedid säravad peegeldunud valgusega. Sealhulgas eksoplaneedid. Me võime juba näha mõnedelt planeetidelt tulevat valgust. Ja siin saame jälle luua spektri ja proovida leida biomarkereid. Kuid lisaks sellele, nagu võib tunduda üllatav, võivad planeedid "särada" ja omaenda valgust. Sel juhul räägime infrapunakiirgusest, mis on inimese silmale nähtamatu. Mõlemad meetodid hõlmavad planeedi otsest uurimist, mitte tähelt tuleva valgust. Ja siin pole vahet, kuidas selle orbiidi lennuk meie planeedi poole on pööratud. Kuid tõsiseid avastusi selles valdkonnas on veel ees. Meil pole veel piisavalt võimsaid teleskoope.
Planeedi sooled
Näib, et eksoplaneetide keemilist koostist pole vaevalt võimalik kindlaks teha, kuid teadlased üritavad seda teha. Nii kiirustati 2012. aastal tähe Tau Ceti lähedal avastatud viiest eksoplaneedist kaks potentsiaalselt elamiskõlblikuks. Kuid 2015. aastal määrasid Tucsoni (USA) Arizona ülikooli astrofüüsikud tähe keemilise koostise. Nad järeldasid, et Tau Ceti sooled sisaldavad palju rohkem magneesiumi kui meie Päike.
Täht ja seda tiirlevad planeedid moodustusid samast gaasi- ja tolmupilvest. Järelikult sisaldavad teadlaste sõnul nende planeetide vahevöö ülemine ja sügav kiht olulisel määral magneesiumi sisaldavaid kivimeid - oliviini ja ferroperiklaasi. Olles paindlikumad ja voolavamad kui meie planeedi sooles domineerivad kivimid, takistavad need pikka aega litosfääri plaatide teket ja kooriku moodustumist.
Sobiv "päike"
Hoolimata asjaolust, et Kepler-438b on Maaga juba väga sarnane (noh, vähemalt kaugelt - meid eraldab umbes 470 valgusaastat), ei näe selle täht meie rahuliku Päikese moodi. Kepler-438 on punane kääbus, poole väiksema massi ja suurusega kui meie täht. Ja see kuulub põlevate (muutuvate) tähtede hulka, mis on võimelised oma heledust mitu korda järsult ja mitteperioodiliselt suurendama. Tähte uurides leidsid teadlased, et Kepler-438 puhangud esinevad üsna sageli: kord mitusada päeva. Nende võimsus on kümme korda suurem kui päikeseenergia. Neid puhanguid seostatakse tõenäoliselt koronaalsete massiheidetega, millel võivad olla tõsised laastavad tagajärjed planeedi asustatavusele. Sellises turbulentses keskkonnas on planeedil keeruline atmosfääri saada, kuna see puutub kokku liiga ohtliku kiirgusega ja suure tõenäosusega on see kohteluks kõlbmatu.
Kepler-438b ja tema täht / & copy; wikipedia.org
Kui elu võiks sellisele planeedile ilmuda, siis oleks tõenäoliselt selle elu lühiajaline. Teadlased muidugi loodavad, et Kepler-438b-l võib olla Maaga sarnane magnetväli, kuid isegi see ei aita sellistes tingimustes planeeti.
Magnetosfäär
Globaalse magnetvälja olemasolu on elu olemasolu vajalik tingimus. See kaitseb planeeti kosmilise kiirguse eest ja hoiab ära päikesetuule atmosfääri puhumise. Kuidas te seda leiate?
Maa pinnal olles teame selle olemasolust tänu kompassile. Oma telje ümber vabalt pöörlev magnetiline nõel asub piki Maa magnetvälja jõu jooni. Veel üks märk magnetvälja olemasolust on aurorad. Neid põhjustavad päikesetuule ojad, mis sisenevad polaarsesse ionosfääri. Maapealsed aurorad on kosmosest selgelt nähtavad, näiteks rahvusvahelisest kosmosejaamast. Kuid märkimisväärse vahemaa tagant ei saa neid enam eristada.
Kuid see pole oluline. Fakt on see, et lisaks nähtava leviala kiirgusele tekitavad aurorad ka madala sagedusega raadiolaineid. Kuid need levivad kosmoses ilusti, neid on palju lihtsam tuvastada kui kiirgust ise. Näiteks jäädvustati Jupiteri auroraad esmakordselt sel viisil - tänu raadioemissioonile.
Aurorad Jupiteri põhjapoolusel / & copy; nasa.gov
Lisaks võimaldab see meetod avastada eksoplaneete, mida teiste meetoditega pole varem tuvastatud, teha kindlaks päeva pikkus planeedil, telje kalle orbitaaltasapinna suhtes ja magnetvälja kalle planeedi pöörlemistelje suhtes, selle pöörlemisperiood ja orbitaalperiood ning mõnel juhul isegi satelliitide olemasolu. Noh, tegelikult määrake magnetvälja parameetrid.
Instrumentide hulgas, millele astrofüüsikud tuginevad, on LOFAR ja SKA madalsageduslikud maapealsed raadioteleskoobid. Ja tulevikus - Kuu peal kosmoseraadio vaatluskeskused ja isegi teleskoobid, mis sobivad selleks suurepäraselt.
Võõraste linnade öine valgustus ja muud "eksootilised" märgid
Naaskem tagasi selle juurde, kuidas meie loomulikult asustatav planeet kosmosest välja näeb, samal ajal kui neid elavad intelligentse elu esindajad. Juba sellele lähenemisel võis hüpoteetiline välismaalane näha meie linnade tulesid planeedi valgustamata küljel, võtta vastu meie raadiosignaale ja neid võimaluse korral isegi dešifreerida ning vaadata ka meie telesaateid, juba enne planeedile saabumist, tutvumaks kohaliku eluga. Kõike seda saaks teha kaugetest kosmosest koos vastava varustusega. Nii et maised teadlased on juba mõelnud ja mitte otsida teiste tsivilisatsioonide märke nende asulate kunstliku valgustamisega kaugetes maailmades?
Kaks kuulsat Ameerika astrofüüsikut - Abraham Loeb Harvardi ülikoolist ja Edwin Turner Princetonist - soovitasid otsida kunstlikult valgustatud objekte, mis on täies heleduses võrreldavad suure maismaalinnaga Päikesesüsteemi äärelinnas, eriti Kuiperi vööndis, ja hiljem, kui see paranes optiliste teleskoopide abil laiendage seda meetodit päikesesüsteemist kaugemale. Kunstliku valgustuse erineva spektraalkoostise tõttu on seda üsna lihtne eraldada lähtetähe valgusest, mida peegeldab planeet.
Kunstniku esindatud võõraste maailmade linnade valgus / & copy; David A. Aguilar
Kuid Lisa Kaltenegger Harvardi ülikoolist teeb ettepaneku laiendada biomarkerite loetelu ainetega, mis on eranditult kunstliku päritoluga. See tähendab, et neid, mida looduses moodustada ei tohiks, ja primitiivsed organismid neid ei tooda. Näiteks klorofluorosüsinikud. See neelab spektri infrapunakiiri hästi, mis tähendab, et seda võib leida teiste planeetide atmosfäärist. Kui me neid kunagi leiame, siis võime kindlalt väita, et kusagil kosmoses on endiselt elusolendeid, kes on arenenud sellisele tasemele, et nad hakkasid "tsiviliseeritud" oma planeeti reostama.
Üldiselt võime öelda, et märkide arv, mille järgi saame planeetide potentsiaalset asustatavust hinnata, ainult kasvab. Et elu planeedil ilmuks, peab olema täidetud liiga palju tingimusi. Ja kõik nad tuleb kindlaks teha, et olla kindel: planeet võib olla asustatud. Kuid selleks vajame uusi paremaid tööriistu.
Sergei Sobol
