Kosmiczny Teleskop Keplera odkrył 20 nowych egzoplanet krążących wokół słabych, małych gwiazd. Pięć z nich znajduje się w strefie nadającej się do zamieszkania. To znaczy tam, gdzie może być woda w stanie ciekłym i samo życie. Zespół Keplera ogłosił to na wspólnym spotkaniu Planetary Research Branch Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego i Europejskiego Kongresu Planetarnego.
Nowe planety wielkości Ziemi, czasem trochę mniejsze, czasem większe, jak Neptun (nazywane są superziemiami). Nadają się do zamieszkania tam nawet dla nas, bez uginania się od nadmiernego przyciągania i bez odlatania w kosmos przed niezwykłą lekkością. Krążą wokół bardzo małych gwiazd - pomarańczowych i czerwonych karłów klas K i M. Gwiazdy te są pasożytami, które uniemożliwiają naukowcom obserwację czegoś znaczącego. Tak więc w każdym razie Courtney Dressing, astronom z Caltech, który przedstawił odkrycie, nadał im nazwę.
Są rzeczywiście wszechobecne: nawet trzy czwarte gwiazd w Galaktyce to czerwone karły. Około 250 jest blisko, w promieniu 30 lat świetlnych od naszego Słońca (co jest ogromne w porównaniu z nimi, dziesięciokrotnie więcej). Sama Courtney, młoda i ładna, upiera się, że planety nadające się do zamieszkania należy przeszukiwać w pobliżu tak słabych gwiazd. W ostatnich latach stało się to tym, co obecnie nazywa się trendem lub głównym nurtem.
A więc czerwone karły. Słabe gwiazdy, które stanowią mniej niż dziesięć procent masy Słońca, a ich temperatura w fotosferze wynosi 3500 kelwinów i poniżej, czyli prawie o połowę mniej niż Słońce. Jednak hipotetycznie mogą przeżyć kolejne biliony lat, co wykracza poza horyzont najbardziej gwałtownej wyobraźni. Cały wszechświat powstał zaledwie 13,8 miliarda lat temu. W tym czasie narodziło się i umarło wiele gwiazd, a karły zamierzają istnieć setki razy dłużej. Żaden z fizyków nie podejmie się przewidywania, co będzie się działo ze światem przez tak długi czas, ale jeśli wszystko pozostanie „jak dawniej”, to życie w gwiazdach klasy M może powstać z dużym prawdopodobieństwem. Jeśli jeszcze nie został poczęty.
Kepler-20f to egzoplaneta krążąca wokół gwiazdy Kepler-20 w konstelacji Lyry. Masa - 0,66 masy Ziemi. Orbita jest czwartą od gwiazdy macierzystej. Rok na planecie trwa 19 ziemskich dni
Zdjęcie: misja NASA / Kepler
W poszukiwaniu obcego życia nadzieje ziemian przeplatają się z rozczarowaniami. Nikt nie pisze wiadomości do ziemskiego umysłu od istot pozaziemskich, nigdzie nie widzimy wyraźnych śladów nawet prymitywnych organizmów. Nadzieja na Marsa - prawie ustała. Teraz mamy nadzieję na Europę, księżyc Jowisza. Ale przede wszystkim nadzieja jest oczywiście w egzoplanetach (planetach krążących wokół gwiazdy, która nie jest Słońcem).
Film promocyjny:
Pierwszą egzoplanetę odkrył polski astronom Aleksander Wolschan w 1990 roku. Obliczył, że jedna z gwiazd neutronowych ma dwie planety większe od Ziemi: jedną 3,4 razy, a drugą 2,8. Od tego czasu wiele planet zostało odkrytych w pobliżu innych gwiazd, a dziś, razem z kandydatami (jeszcze nie potwierdzonymi sygnałami), znanych jest około pięciu tysięcy z nich.
Więc jakie to uczucie? Fakt, że kilka planet jednocześnie okazało się podobnych do Ziemi, jak iw strefie nadającej się do zamieszkania. Takie odkrycia są wciąż rzadkie, chociaż wydaje się, że to się zaczęło. Na przykład latem w pobliżu najbliższej nam gwiazdy - czerwonego karła Proxima Centauri - znaleziono planetę podobną do Ziemi. Obliczono go na podstawie obserwacji Obserwatorium La Silla w Chile.
Jednak teleskop Keplera pozostaje głównym źródłem informacji o światach poza Układem Słonecznym. Dlaczego ostatnio zaczął znajdować tak wiele planet wielkości Ziemi i super-ziemi? Roman Rafikov, profesor astrofizyki na University of Cambridge (Wielka Brytania) oraz Institute for Advanced Study (Princeton, USA) odpowiedział na to pytanie do naszego czasopisma:
- Nie powiedziałbym, że to nowy trend. Kepler otworzył je niemal od początku misji, a to już pięć lat. Był oczywiście pierwszym, który znalazł duże planety, takie jak Jowisz, które dają najsilniejszy sygnał, gdy przechodzą przez dysk gwiazdy. Sygnał tranzytowy z planety takiej jak Ziemia jest znacząco, raz na 100, słabszy, dlatego w przypadku takich zdarzeń trzeba śledzić wiele tranzytów w celu zebrania statystyk. Zajęło to trochę czasu, ale od samego początku misji Kepler wyprodukował planety takie jak Neptun i te zbliżone do Ziemi.
Część układu optycznego teleskopu kosmicznego Keplera
Zdjęcie: misja NASA / Kepler
Obserwacje gwiazd o masie mniejszej niż Słońce są dobre, ponieważ podczas tranzytu mała planeta pokrywa większą część dysku gwiazdy niż podczas przejścia gwiazdy takiej jak Słońce. Mianowicie, względny spadek jasności gwiazdy jest sygnałem podczas przejścia. Dlatego zawsze łatwiej jest tam znaleźć nawet małe planety. Istnieją specjalne projekty, na przykład MEarth, które specjalizują się właśnie w takich systemach.
Czy jest tam życie? Pytanie na obecnym etapie badań jest podzielone na dwie części. Po pierwsze: czy jest to w zasadzie możliwe? Po drugie: czy jesteśmy w stanie to wykryć?
Zacznijmy od pierwszego. Strefa nadająca się do zamieszkania to raczej prymitywne pojęcie. To tylko obszar wokół gwiazdy, w którym woda na powierzchni planety może istnieć w postaci płynnej. Nie za blisko, żeby woda zamieniła się w parę, i nie za daleko, żeby zamarzła. Jest woda - w komórkach zachodzą reakcje biochemiczne. Wprowadziliśmy tę koncepcję z prostego powodu, że nie widzieliśmy żadnego innego życia poza ziemskim. Dlatego szukamy podobnego.
Czerwone karły to słabe, zimne gwiazdy. Ich ekosfera jest znacznie bliżej niż Słońce. Gdybyśmy tam mieszkali, Ziemia musiałaby poruszać się wewnątrz orbity Merkurego, aby uzyskać wystarczającą ilość ciepła. I byłyby problemy. Najbardziej oczywiste jest promieniowanie: promienie X, potężne rozbłyski. Jedynie atmosfera oraz w przypadku rozbłysków pole magnetyczne może przed tym chronić.
Innym problemem jest grawitacja pobliskiego luminarza. Jego siły pływowe mogą spowolnić obrót planety w taki sam sposób, w jaki Ziemia spowolniła Księżyc (dlatego nasz satelita jest zawsze skierowany do nas z jednej strony). Wtedy zawsze będzie gorący dzień po jednej stronie planety i mroźna kosmiczna noc po drugiej. Takie warunki oczywiście nie przyczyniają się do powstania życia, ale istnieje opcja, gdy planeta wpada w rezonans z grawitacją gwiazdy i nadal się obraca, jak to miało miejsce w przypadku Merkurego. Trzecim problemem jest wiatr gwiezdny: strumienie naładowanych cząstek uciekające z czerwonego karła mogą po prostu wysadzać atmosferę w kosmos przez miliardy lat.
Planeta Proxima b krąży wokół gwiazdy Proxima Centauri w ekosferze
Zdjęcie: ESA / Hubble & NASA
Istnieją modele pozwalające obejść te trudności. A ponieważ są modele, to gdzieś w Galaktyce można je zrealizować. Zwłaszcza jeśli weźmie się pod uwagę liczbę małych gwiazd i planet wokół nich (według współczesnych szacunków jest ich dziesiątki, jeśli nie setki miliardów).
Powiedzmy, że na jednej z tych planet istnieje życie, które jest podobne pod względem biochemii do Ziemi. Jakie są znaki, aby go znaleźć? Odpowiedź jest taka: najpierw udowodnij obecność wody w stanie ciekłym i atmosfery, a następnie poszukaj biomarkerów, z których pierwszym jest wolny tlen. Faktem jest, że tlen w atmosferze może pojawić się prawie wyłącznie w wyniku fotosyntezy przez żywe organizmy. Tworzą go oczywiście procesy fizyczne i chemiczne, ale nie w takich ilościach. Aby gaz ten pojawił się sam, musi być spełnionych kilka warunków. Ogólnie rzecz biorąc, jeśli w atmosferze jest tlen, szanse na zamieszkanie są znacznie zwiększone. Jak dotąd nie znaleziono takich planet. Czy w zasadzie można badać ich atmosfery? A zatem - z teleskopami naziemnymi i obserwatoriami bliskiego kosmosu?
„Okazuje się, że coś jest już możliwe” - mówi Roman Rafikov. - Na przykład niedawno odkryty układ TRAPPIST-1 zawiera trzy planety o rozmiarach rzędu Ziemi, krążące po krótkich orbitach - półtora i dwa dni dla dwóch planet wewnętrznych - wokół gwiazdy karła. Jego masa wynosi 8%, a jego promień to 11% promieniowania słonecznego, a jasność jest 2000 razy mniejsza niż Słońca. W tym przypadku gwiazda znajduje się 40 lat świetlnych od nas, bardzo blisko.
Niedawno międzynarodowy zespół naukowców wykorzystał Kosmiczny Teleskop Hubble'a do badania atmosfery tych planet za pomocą spektroskopii transmisyjnej. W tej metodzie obserwacje prowadzone są podczas tranzytu - mierzona jest absorpcja światła gwiazd w atmosferze planety o długościach fal odpowiadających zawartym w niej pierwiastkom chemicznym. Jest to bardzo trudna obserwacja, ponieważ dotyczy tylko niewielkiej części atmosfery na krańcach planety. W tym przypadku, aby wzmocnić sygnał, obserwatorzy czekali, aż obie wewnętrzne planety - które znajdują się w ekosferze - przejdą przez dysk gwiazdy w tym samym czasie. Zmierzono ich połączony sygnał. Dobry pomysł.
Wynik pokazał, że planety te nie mogą zawierać rozszerzonych atmosfer wodoru bez chmur. Ale pozostają inne możliwości - na przykład silnie zachmurzona atmosfera, taka jak wenusjańska lub atmosfera pary wodnej. Zatem możliwości dalszych badań tego układu planetarnego są ogromne.
W przyszłości nowy amerykański teleskop na podczerwień JWST (James Webb Space Telescope, ma być uruchomiony w 2018 r.) Spowoduje, że takie obserwacje będą mniej więcej rutynowe.
Dobrze? Trzymamy pięści. Czekamy.
Lustra teleskopu kosmicznego JWST (James Webb Space Telescope)
Zdjęcie: NASA