Obrazový kredit: John Rowe
Hľadanie planét podobných Zemi sa začína hľadaním slnečných hviezd. Astronómka Maggie Turnbull bola požiadaná, aby zostavila krátky zoznam tridsiatich kandidátskych hviezd, ktoré úzko zodpovedali nášmu Slnku, z celkového počtu 2350 hviezd, ktoré sú od nás vzdialené sto svetelných rokov. Tento krátky zoznam, vrátane 37 drahokamov, využije misia Vyhľadávač pozemskej planéty, ktorá bude hľadať obytné planéty hľadaním viditeľného svetla kyslíka alebo vody na planéte podobnej Zemi - čo je istý znak života.
Tridsiata siedma najzápadnejšia hviezda v súhvezdí Gemini je žltooranžová hviezda ako naše vlastné slnko. Hviezda sa nazýva 37 Geminorum, ale pre astrofyzika Margaret Turnbull je hviezda špeciálna, pretože ponúka prípadovú štúdiu na zváženie toho, čo by sa mohlo považovať za dobrého kandidáta na uloženie obývateľných planét.
Pri zostavovaní svojho zoznamu hviezd, ktoré by mohli podporovať planéty kvapalnou vodou a kyslíkom, musí vylúčiť extrémne slnko: buď príliš mladé alebo príliš staré, ktoré rotujú príliš rýchlo, alebo ktoré sú dostatočne premenlivé na jas, aby spôsobili klimatický chaos na akomkoľvek okolitý svet.
Vo vzdialenosti 56,3 svetelných rokov, hviezda 37 Gem musí ešte preukázať výpovedné znaky, že takéto planéty alebo akékoľvek planéty majú, ale budúce NASA a európske ďalekohľady sa zameriavajú na cieľové hviezdy rovnako ako 37 Gem, pretože môžu zdieľať niektoré z tých istých vlastností, vďaka ktorým je naša slnečná sústava obývateľná. Doteraz bolo pomocou pozemných ďalekohľadov nájdených viac ako 100 extrasolárnych planét a odhady pre celkový počet týchto planét v našej galaxii sa môžu rovnať miliardám kandidátskych svetov.
Maggie Turnbullová, ktorá pracovala na arizonskej univerzite v Tucsone, bola požiadaná, aby zostavila krátky zoznam tridsiatich hviezdnych kandidátov, ktoré sa najviac podobali iným slnkom schopným podporovať podmienky pre život. Začatie hľadania medzi hviezdami vzdialenými menej ako sto svetelných rokov poskytlo asi 2 350 hviezd na zváženie.
Turnbull nedávno predstavila svoje výsledky skupine vedcov z projektu kozmického ďalekohľadu NASA, Terrestrial Planet Finder (TPF), ktorý bude hľadať obývateľné planéty pomocou viditeľného svetla s „podpisom“ vody a / alebo kyslíka zo Zeme- typ planéty. Po plánovanom spustení spoločnosti TPF okolo roku 2013 bude nasledovať európsky projekt Darwin zahŕňajúci šesť vesmírnych teleskopov.
Hviezdny zoznam bol odstránený z ešte väčšieho zoznamu (17 129 hviezd za 450 svetelných rokov alebo 140 parsecov), ktoré Turnbull a poradca Jill Tarter z inštitútu SETI prvýkrát uverejnili v Astrofyzikálnom časopise. Zoznam sa stal známy ako Katalóg susedných obývateľných hviezdnych systémov (alebo HabCat). Ich článok publikovaný v auguste s názvom „Výber cieľov pre SETI: I. Katalóg susedných hviezdnych systémov“ rozšíril predchádzajúce zoznamy kandidátov takmer desaťnásobne alebo o rádovo väčší rozsah.
Aby sa podporil komplexný život, kandidátska hviezda musí mať správnu farbu, jas a vek. Ak je to hviezda stredného veku, ako je tá naša, spálila by dostatočným množstvom fúzovaných ľahkých prvkov na výrobu ťažších kovov, ako je železo, ale nie tak stará, že sa zrúti alebo je tak mladá, že život je len ďalekou perspektívou do budúcnosti. Na základe toho, čo vieme o tom, ako zložitý život sa na Zemi objavil, cieľom Turnbullovho hľadania je nájsť „Zlatovlásky“ hviezd, ktoré sa zdajú „správne“.
Tak prečo 37 Gem?
37 Geminorum leží v severozápadnej časti súhvezdí Blíženci, pomenovaného podľa dvojčiat. Pre amatérskych astronómov s dobrým dvorkovým ďalekohľadom je viditeľný 37 drahokam. V gréckej mytológii sa dvojičky Blížencov plavili s Jasonom pri hľadaní Zlatého rúna; počas búrky pomohli dvojčatá zachrániť ich loď ARGO pred potápaním, a tak súhvezdie námorníci veľmi oceňovali.
Väčšina hviezd, ako je Gem 37, je zoskupená do malého počtu spektrálnych tried, založených zhruba na farbe svetla, ktoré vyžarujú. V katalógu s názvom Henry Draper sa v zozname hviezd uvádza spektrálne triedy v siedmich širokých kategóriách, od najteplejších po najchladnejšie hviezdy. Tieto typy sú v poradí klesajúcej teploty označené písmenami O, B, A, F, G, K a M. Nomenklatúra má korene v dávno zastaraných predstavách o vývoji hviezd, ale terminológia zostáva. Naše slnko, klasifikované v jemnejšej mierke ako typický trpaslík typu G2V, je staré približne 4,5 miliardy rokov. Kandidátska hviezda, 37 Gem, je podobne stredného veku, ale o niečo staršia o miliardu rokov, tj o 5,5 miliardy rokov.
Spektrám hviezd typu G, ako sú naše vlastné (a 37 Gem), dominujú určité chemické prvky, čo signalizujú ich charakteristické spektrálne čiary (alebo emisie). Prvkami, ktoré sú v súčasnosti najzaujímavejšie, sú kovy, najmä pre tie hviezdne podpisy bohaté na železo, vápnik, sodík, horčík a titán. Z astronomického hľadiska má 37 Gem v porovnaní s klasickým slnečným žiarením klasického trpaslíka G2V mierne vyššiu teplotu povrchu. Prvotný výber - 37 drahokamov Turnbull - je teda katalogizovaný ako trpaslík G0V - čo znamená, že je to tiež žltooranžová hlavná sekvencia trpaslíkov. Pretože hviezdy G sa vyznačujú prítomnosťou týchto kovových línií a slabým vodíkovým spektrom, zdieľajú spoločný vek, hmotnosť a jas.
V opačnom prípade je 37 Gem blízko k nášmu vlastnému slnečnému dvojčeku alebo k náprotivku podobného Geminiho slnku: 1,1-násobok hmotnosti našej Slnka, 1,03-násobok jeho priemeru a 1,25-násobku jeho svietivosti.
Luminosity sú „možno najdôležitejšou informáciou“, povedal Turnbull časopisu Astrobiology Magazine: „Používame pri určovaní obývateľnosti blízkych hviezd“ pre komplexný život, pretože luminosita naznačuje, v ktorej fáze života je hviezda a ktorá zase určuje, ako dlho je hviezda zostane stabilná.
Časopis Astrobiology Magazine mal možnosť hovoriť s Maggie Turnbullovou na Stewardovom observatóriu v Tucsone o tom, ako vybrať hviezdnych kandidátov pre obývateľnosť.
Astrobiologický časopis (AM): Váš nedávny prieskum sa začal pozerať na asi 100 svetelných rokov od nášho Slnka a všetky hviezdy dovnútra od tohto polomeru, správne? To bola vizuálna sféra pre začatie hľadania?
Margaret Turnbull (MT): Do 30 parsecov je asi 2 350 hviezd Hipparcos (90 svetla)
rokov), maximálna vzdialenosť pre misiu Terrestrial Planet Finder (TPF). V tejto vzdialenosti je asi 5 000 hviezd, ale pozeráme sa iba na hviezdy Hipparcos, takže môj štartový zoznam je 2 350 hviezd.
AM: Už ste niekedy chytili zadného ďalekohľadu, aby ste videli 37 drahokamov?
MT: Určite by to malo byť viditeľné pomocou záhradného ďalekohľadu, ale nie, ja som sa na to nedíval vlastnými očami! Vzhľadom na fotometriu (meranie jej jasu) a spektroskopiu (meranie jej zloženia) som sa na ňu díval, akoby som ju „poznal“ bez toho, aby som ju kedy videl.
Je však potrebné pozorovať viac pre 37 Gem. Napríklad, skôr ako budeme môcť povedať, že by to malo byť cieľom, musíme vykonať infračervené snímanie tejto hviezdy s vysokým rozlíšením - ak zistíme, že okolo pláva veľa úlomkov, musíme ju zo zoznamu odstrániť.
AM: Bola hviezda, 37 Gem, oveľa odlišná od čísla dva na zozname tridsiatich najlepších kandidátov?
MT: V skutočnosti sú „najlepšie“ hviezdy navzájom veľmi podobné a v skutočnosti to nedáva zmysel snažiť sa ich klasifikovať. 37 Gem sa stane jednou z najbližších hviezd, ktorá tiež spĺňa technické kritériá, takže v súčasnosti vyzerá ako veľmi dobrý kandidát na vyhľadávanie TPF.
AM: Len čo je zvedavé, aká hviezda bola na zozname oficiálne číslo dva?
MT: Keď sa pozriete iba na tridsať hviezd, mali by byť lepšie „číslo jedna“. To znamená, že každá hviezda, ktorú pozorujeme, musí byť prvoradým záujmom misie, pretože nemáme čas strácať. Stále pracujeme na presnom definovaní primárneho cieľa misie.
Ak je cieľom pozerať sa na celý rad spektrálnych typov, potom medzi najlepšie hviezdy môžu patriť veľmi blízke hviezdy K alebo M, ale ak je cieľom pozerať sa na 30 hviezd najviac podobných Slnku, potom hviezdy ako 18 Sco (solárne dvojča na 14 parsecs v Constellation Scorpius), beta CVn („honič“) alebo 51 Peg („Pegasus“, lietajúci kôň) môžu skončiť ako naše najlepšie stávky.
AM: Existujú jeden alebo dva chýbajúce údaje, ktoré by pomohli klasifikácii lepšie vylepšiť kandidátov na hviezdy?
MT: V súčasnosti je infračervené snímanie s vysokým rozlíšením chýbajúcou časťou údajov, ktoré určite potrebujeme. Potrebujeme vedieť, či tieto hviezdy majú zaprášené trosky, ktoré by sťažili detekciu planét obiehajúcich okolo nich.
Slnko má značné množstvo zodiacal prachu, pretože Jupiter neustále premieňa pás asteroidov a keď sa asteroidy zrážajú, pridávajú prach do slnečnej sústavy.
Podobná úroveň prachu okolo iných hviezd by pravdepodobne nezničila naše šance na videnie planét, ale určite by sme to radi obmedzili na minimum.
AM: Aké sú vaše budúce plány týkajúce sa hviezdneho zoznamu na podporu misií Vyhľadávač pozemskej planéty a Darwin?
MT: Zatiaľ som nepredstavil svoj „konečný“ zoznam pracovnej skupine pre vedu TPF 18. a 19. novembra v námornom observatóriu USA, počas stretnutia s ostatnými, ktorí vytvárajú vlastné zoznamy.
Už som skupine predstavil svoju metodológiu, ale teraz sa stretneme s inžiniermi, ktorí nám vysvetlia obmedzenia tohto nástroja a zoznam budeme musieť ďalej spresniť, aby vyhovoval ich kritériám.
Ich kritériá budú zahŕňať napríklad: nemôžeme mať sprievodnú hviezdu do niekoľkých sekúnd, aj keď spoločník nie je problémom stability planéty, pretože ďalšie svetlo kontaminuje zorné pole; nemôže sa pozerať na hviezdy slabšie ako asi 6 magnitúdy; môžu sa počas celého roka pozerať na hviezdy minimálne ~ 60 stupňov od Slnka atď.
AM: Prvý katalóg obývateľných hviezd ste vydali v auguste tohto roku a v tejto klasifikácii sú dve časti. Aké sú hlavné plány pre časť II HabCat?
MT: Jill Tarter a nedávno sme predložili druhý dokument o cieľovom zozname SETI, ktorý sa objaví v Astrofyzikálnom dodatku v decembri. Tento článok poskytuje zoznam starých, vysoko metalizovaných otvorených zhlukov, najbližších 100 hviezd bez ohľadu na typ hviezd a asi 250 000 hviezd hlavnej sekvencie z katalógu Tycho, z ktorých všetky pozoruje Allen Telescope Array (ATA), kedykoľvek sa objaví HabCat hviezda nie je k dispozícii na pozorovanie.
Primárny lúč ATA bude namierený rádioastronómami a budú vytvárať mapy s vysokým rozlíšením svojich vlastných cieľov, pričom súčasne sledujeme hviezdy HabCat (alebo hviezdy z našich zoznamov v dokumente 2) pre SETI.
AMNapokon plánujú misie Kepler a TPF také druhy vylepšení, ktoré by priniesli detekciu viacerých planét Zemských rozmerov, nielen plynových gigantov, pre danú hviezdu v ich prieskumoch?
MT: Áno. Kepler nám dá predstavu o tom, aké bežné sú pozemské planéty tým, že sleduje tisíce slnečných hviezd na „prechody“ - to znamená, že planéta skutočne prechádza pred hviezdou, ktorá obieha a dočasne blokuje trochu svetla hviezdy.
Pozemský vyhľadávač planét bude na to nadviazať tak, že v skutočnosti zobrazí planéty obiehajúce najbližšie hviezdy a pomocou spektier nám povie, či majú tieto planéty atmosféru.
Môžeme hľadať vodu, kyslík a oxid uhličitý, a ak budeme mať šťastie, môžeme dokonca vidieť nejaké priame náznaky života vo forme vegetačného podpisu alebo silnej atmosférickej nerovnováhy, ako je súčasná prítomnosť kyslíka a metánu (kvôli na súčasnú prítomnosť rastlín a metanogénnych baktérií na Zemi).
Čo bude ďalej
Akákoľvek misia na detekciu a spektroskopickú charakterizáciu pozemských planét okolo iných hviezd musí byť navrhnutá tak, aby dokázala odhaliť rôzne typy pozemských planét s užitočným výsledkom. Takéto misie sa teraz študujú - prieskumník suchozemských planét (TPF), NASA a Darwin z ESA, Európska vesmírna agentúra. Hlavným cieľom spoločnosti TPF / Darwin je poskytovať údaje biológom a atmosférickým chemikom.
Koncept TPF / Darwin sa zakladá na predpoklade, že je možné spektroskopicky preveriť extrasolárne planéty z hľadiska ich obývateľnosti. Aby bol taký predpoklad platný, musíme zodpovedať nasledujúce otázky. Čo robí planétu obývateľnou a ako sa dá študovať na diaľku? Aké rôzne účinky môže mať biota na spektrá planétovej atmosféry? Aké falošné pozitívy by sme mohli očakávať? Aká je pravdepodobná evolučná história atmosféry? A predovšetkým, aké sú robustné ukazovatele života?
TPF / Darwin musí skúmať blízke hviezdy pre planetárne systémy, ktoré zahŕňajú planéty pozemskej veľkosti v ich obývateľných zónach (planéty typu „Zeme“). Prostredníctvom spektroskopie musí TPF / Darwin určiť, či majú tieto planéty atmosféru a zistiť, či sú obývateľné.
Misia Kepler je naplánovaná na spustenie na slnečnú obežnú dráhu v októbri 2006. Kepler je určený ako misia na určovanie frekvencie vnútorných planét v blízkosti obývateľnej zóny širokého spektra hviezd. Kepler bude súčasne pozorovať 100 000 hviezd v našej galaktickej „štvrti“ a bude hľadať planéty Zem alebo väčšie planéty v „obývateľnej zóne“ okolo každej hviezdy - nie príliš horúcu, príliš studenú zónu, na ktorej by mohla existovať tekutá voda. planéta.
Hlavný vyšetrovateľ Kepler William Borucki z agentúry NASA Ames zdôraznil, že na odhalenie obtiažnosti odhalenia planéty veľkosti Zeme obiehajúcej vzdialenú hviezdu by bolo potrebné, aby zakrytie slnečného disku trvalo 10 000 Zeme. Jeden odhad agentúry NASA hovorí, že Kepler by mal objaviť 50 pozemských planét, ak väčšina z nich je o veľkosti Zeme, 185 planét, ak je väčšina o 30 percent väčšia ako Zem a 640, ak väčšina je 2,2-krát väčšia ako Zem. Okrem toho sa očakáva, že Kepler nájde takmer 900 obrovských planét blízko svojich hviezd a asi 30 gigantov obiehajúcich okolo Jupiterových vzdialeností od svojich materských hviezd.
Pretože väčšina planét s plynovými obrami, ktoré sa doteraz nachádzali na obežnej dráhe oveľa bližšie k ich hviezdam ako Jupiter k Slnku, Borucki verí, že počas štvorročnej až šesťročnej misie nájde Kepler veľkú časť planét dosť blízko hviezd. Ak sa to ukáže pravdivé, hovorí: „Očakávame, že nájdeme tisíce planét.“
Pri použití súčasných metód by dnes astronómovia zistili, že je veľmi ťažké odhaliť planétu Zem okolo hviezdy 37 Gem. Predchádzajúce analýzy však niektoré možnosti vylúčili. Napríklad obrovská planéta, ako je naša vlastná Jupiter alebo Saturn, neobieha okolo 37 drahokamov. Tieto štúdie naznačujú, že obrie planéty s desiatočnou až desaťnásobnou hmotnosťou Jupitera neexistujú blízko 37 Gem (v rozmedzí 0,1 až 4 astronomických jednotiek alebo jednej vzdialenosti zem-slnko, AU, pozri tiež Cummings et al, 1999). , Kvôli výzvam, ako nájsť slabé planéty v blízkosti oveľa jasnejších hviezd, sú takmer všetky doteraz objavené extrasolárne planéty podobné našej vlastnej Jupiteru - masívne, pravdepodobne plynné a nepravdepodobné, že budú mať podmienky na život kvôli svojej tesnej blízkosti materskej hviezdy. ,
Podmienky okolo 37 Gem však môžu podporovať menšie vnútorné planéty ako Venuša alebo Zem. Nikto nevie. Iba budúce prieskumy budú mať prístrojové vybavenie schopné nájsť také planéty podobné Zemi.
Modely hviezd ako 37 Gem však podporujú možnú existenciu aspoň jednej stabilnej obežnej dráhy pre planétu podobnú Zemi (s tekutou vodou) sústredenú okolo jednej zem-slnečnej vzdialenosti (1,12 AU). Takáto predpokladaná planéta by obiehala medzi vzdialenosťami Zeme a Marsu v našej slnečnej sústave. Táto neobjavená planéta, ak ju možno zistiť v budúcich štúdiách, by mala rok, ktorý trvá viac ako 450 dní alebo orbitálne obdobie okolo 1,3 pozemských rokov.
Pretože život na Zemi produkujúci kyslík trvalo asi dve miliardy rokov, než sa zachytil, hviezdy omnoho mladšie, ako by to bolo, pravdepodobne nemali dostatok času na to, aby sa život vyvíjal smerom ku komplexným formám. Vzhľadom na miliardy rokov potrebných na vývoj života na Zemi sa vedci mohli pýtať, či by život mal šancu v slnečnej sústave s kratšou životnosťou. Horúce a hmotnejšie hviezdy boli vždy považované za menej pravdepodobné, že budú mať život, ale nie preto, že by boli príliš horúce. Planéty si stále mohli užívať mierne podnebie, ktoré sa nachádzali ďalej od Zeme od Slnka a na obežných dráhach vzdialenejších od svojej materskej hviezdy. Prvý problém obývateľnosti je jeden, nie teplota. Horúce hviezdy majú tendenciu horieť rýchlejšie - možno príliš rýchlo na to, aby sa v nich život vyvíjal.
Pôvodný zdroj: Astrobiology Magazine
