Numărul exoplanetelor descoperite este în continuă creștere. Și nu mai este atât de important pentru noi să găsim un alt exoplanet, cum să găsim unul în care poate exista viață, de unde frații în minte pot zbura spre noi sau unde noi înșine, poate, vom zbura când Pământul va fi înghesuit sau impropriu pentru viață. Cum să găsești …
Ce căutăm?
Ce înseamnă pentru noi o planetă potențial locuibilă? Aceasta este o planetă pe care poate exista viață sub formă de bacterii sau chiar plante și animale, sau o planetă în care viața, ca urmare a evoluției, a ajuns la o formă inteligentă, ca a noastră, sau chiar a depășit-o. Și, desigur, planeta unde putem, dacă ne imaginăm disponibilitatea călătoriilor interstelare, să mergem și să ne simțim ca acasă acolo. Fără a exclude nevoia de formare a terasamentului său.
Avem un singur exemplu de planetă locuibilă - Pământul nostru. Din spațiul îndepărtat, pare un punct albastru abia distinctiv. Se presupune că condițiile de pe Pământ sunt cele mai potrivite pentru apariția vieții și existența continuă a acesteia. De asemenea, putem presupune că caracteristici similare ale unei alte planete vor permite existența vieții pe ea pentru o lungă perioadă de timp. Planeta poate fi puțin mai mare sau mai mică, puțin mai caldă sau mai rece, dar totuși similară cu a noastră.
Și da, vom rămâne cu șovinismul carbonic. Ceva sugerează că, de exemplu, ne va fi dificil să stabilim contactul cu viața de siliciu sau azot, iar condițiile de pe planetele potrivite pentru existența unor astfel de forme de viață nu sunt potrivite pentru noi.
Dar toate stelele, cu excepția Soarelui autohton, sunt foarte departe de noi. Cum poți afla ceva despre planetele lor? Trimitem sonde către planetele „apropiate” ale căror zboruri pot dura ani întregi. Mulți dintre ei nu se pot întoarce și, prin urmare, toate cercetările au loc la punctul de sosire. Doar informațiile colectate de instrumente sunt returnate pe Pământ. Cum putem afla ceva despre o planetă căreia astăzi fizic nu putem trimite nici măcar o sondă de cercetare? Mai mult, multe exoplanete interesante au fost deja descoperite. Există moduri.
Video promotional:
Marimea
Mărimea unui exoplanet este de obicei primul parametru pe care oamenii de știință îl știu când este descoperit. Metoda de tranzit permite detectarea planetelor în apropierea altor stele și determinarea dimensiunii acestora. Aceasta este o metodă de înregistrare a planetelor deschise. În acest fel, telescopul orbitant Kepler deschide planete. Mai degrabă, oamenii de știință care prelucrează datele primite de la el.
Această metodă, în special, a fost descoperită de planeta Kepler-438b. Descoperită în ianuarie 2015 în constelația Lyra, a fost considerată de mult timp cea mai exoplanetă asemănătoare Pământului. Atât ca mărime cât și ca temperatură la suprafață, este aproape identic cu Pământul. Indicele său de similaritate (Earth similarity Index, ESI) este de 0,88 (planeta noastră, respectiv, este luată ca 1).
Metoda de tranzit în sine nu permite detectarea prezenței unei planete într-o anumită stea. Este folosit pentru a căuta planete în apropierea stelelor în anumite părți ale cerului. Observatorii precum Kepler observă zone ale cerului cu mii și chiar zeci și sute de mii de stele. Majoritatea dintre ele sunt invizibile cu ochiul liber. Periodic, lumina unor stele se întunecă o vreme. Înregistrând o scădere a luminozității unei stele, oamenii de știință presupun că este cauzată de trecerea unei planete prin fața ei. Adică apare un obstacol între observator - telescopul - și stea, ceea ce determină o scădere a luminozității stelei, în mod natural, din punctul de vedere al observatorului terestru.
Metoda de tranzit / & copy; wikipedia.org
Dacă o astfel de scădere a luminozității apare la intervale regulate, atunci există deja mai multe motive pentru a crede că această stea are o planetă. În plus, perioada sa orbitală devine cunoscută.
Mai mult, pentru a detecta o planetă, planul orbital al acesteia, steaua și telescopul trebuie să fie practic pe aceeași linie. În caz contrar, pur și simplu nu poate fi înregistrat. Aceasta este, de fapt, o mică eclipsă. În sistemul nostru, există și fenomene similare. De exemplu, luna ascunde discul soarelui în timpul unei eclipse solare. Sau planetele noastre locale - Venus și Mercur - trec periodic de-a lungul discului Soarelui.
Și, așa cum am menționat deja, metoda de tranzit face posibilă determinarea dimensiunilor unui corp ceresc - raza și volumul. La urma urmei, cantitatea prin care scade luminozitatea unei stele depinde de dimensiunea exoplanetei care trece prin discul său. Fixând cu exactitate această valoare, puteți determina dimensiunea planetei. De exemplu, Kepler-438b este cu doar 12% mai mare decât Pământul.
Greutate
Prima exoplanetă descoperită într-o stea „normală”, adică, asemănătoare soarelui, a fost 51 Pegasus. De ceva timp a fost numită Bellerophon, dar acum a primit numele oficial „Dimidius”. Înainte de aceasta, exoplanetele au fost descoperite doar în apropierea pulsarelor. Dimidius este situat la 50,1 ani lumină de noi și a fost considerat inițial o planetă solidă, asemănătoare pământului, care, desigur, a susținut interesul pentru el.
Planeta a fost descoperită prin spectroscopie Doppler sau prin metoda vitezei radiale. Și mai târziu, existența sa a fost confirmată prin metoda de tranzit. Deși mai des se întâmplă invers.
Metoda de spectroscopie Doppler / & copy; wikipedia.org
În cazul metodei Doppler, de asemenea, nu vedem planeta în sine, ci doar observăm lumina stelei. Dar de această dată nu ne interesează scăderea luminozității, ci prezența unei schimbări roșii sau albastre în spectrul său. Dacă o stea se îndepărtează de noi, spectrul ei trece la partea roșie, dacă se apropie de noi, atunci spre albastru. De ce nu stea steaua? Deoarece planeta se învârte pe orbită în jurul stelei, care, figurat vorbind, își leagă steaua, o face să oscileze și, în consecință, fie se apropie de observator, fie se îndepărtează de el.
Ambele corpuri cerești se mișcă în același centru de masă. Astronomii au învățat deja cum să determine masa stelelor și, știind-o, puteți determina masa unei planete. Masa și raza unui exoplanet vă permit să aflați accelerația gravitației pe suprafața sa. Aceasta înseamnă că, de exemplu, putem ghici cât de confortabil ne-am simți dacă am debarca pe planetă. În plus, vă permite să înțelegeți dacă planeta poate ține atmosfera. Și chiar presupune prezența sau absența anumitor gaze în el. De exemplu, Pământul, după cum se știe, nu conține hidrogen ușor și heliu în învelișul său de gaz. Iar Jupiterul masiv este chiar opusul.
Însuși Dimidius, așa cum s-a dovedit, nu era deloc potrivit pentru viață. Reprezintă așa-numitul „Jupiter fierbinte” - un gigant cu gaze cu atmosferă încălzită, conform unor estimări, la 1000 ° C. Masa sa este aproximativ egală cu jumătate din masa lui Jupiter, care, întâmplător, este reflectată în nume (cuvântul latin dimidium înseamnă „jumătate”).
Densitate
După cum vedem, masa și dimensiunea planetei nu pot fi întotdeauna determinate simultan. Aceasta necesită două metode - tranzitul și Doppler. Dar după aceea, putem afla și densitatea, care este definită ca raportul dintre masa corpului și volumul ocupat de acest corp. Și volumul planetelor este calculat dacă raza este cunoscută.
Kepler-78b se află la aproximativ 400 de ani lumină. Și aceasta este prima planetă de dimensiunea Pământului pentru care a fost posibil să se calculeze densitatea. Desigur, este cu 16% mai mare decât Pământul și cu aproximativ 69-85% mai greu, dar totuși densitatea sa este de 5,3–5,6 g / cm³. Pentru planeta noastră, această cifră este de 5,52 g / cm³. Acest lucru sugerează că planeta, la fel ca Pământul, este compusă din fier și rocă. Iată un singur lucru - aici se termină asemănările cu planeta noastră.
Planeta este prea aproape de steaua sa părinte: sunt despărțite doar de 0,01 UA. e. Perioada orbitală este incredibil de mică - este de doar 8,5 ore. Prin urmare, căutarea vieții aici, cel mai probabil, este inutilă: această planetă este un ocean de lavă. Temperatura de pe partea iluminată este cuprinsă între 2100-2800 ° C. Suprafața sa este acoperită cu lavă.
Fiind în zona locuibilă
Situat în constelația Cygnus, la 1.400 de ani lumină de noi, exoplaneta Kepler-452b este prima planetă asemănătoare Pământului descoperită în „zona locuibilă” a unei stele asemănătoare soarelui. Perioada orbitală a planetei este de 385 zile Pământ. Adică un an de zile este cu doar 5% mai lung decât pe Pământ. În consecință, este doar puțin mai departe de soarele său. Distanța de la planetă la steaua Kepler-452 (axa semi-majoră a orbitei) este de 1.046 AU. e. Apropo, steaua în sine este cu 10% mai mare decât Soarele nostru. Zona locuibilă a Kepler-452 are aproape aceeași dimensiune ca cea a sistemului solar.
Kepler-452b a fost poreclit "al doilea Pământ", dar este încă mai mare cu 60%. Dar Kepler-186f a devenit prima planetă cu o rază apropiată de Pământ, descoperită în zona locuibilă. Este cu doar 13% mai mare decât planeta noastră. La fel ca Kepler-452b, a fost descoperit prin metoda de tranzit datorită telescopului Kepler. Dar zona locuibilă în acest sistem stelar este mai mică: este în intervalul de la 0,22 AU. e. până la 0,4 a. e. Iar planeta în sine este la fel de aproape de steaua sa, pitica roșie Kepler-186, întrucât Mercurul nostru este spre Soare - axa semi-majoră a orbitei sale este de 0,393 UA. e. Apropo, așa cum sugerează și numele planetei, aceasta nu este singură în familia Kepler-186. Dar toate cele patru „surori” ale ei cu „nume” b, c, d și e nu au intrat în zona locuibilă. Sunt foarte apropiați de stea și este prea cald acolo pentru apă lichidă la suprafață.
Compararea zonelor locuibile ale sistemului solar, Kepler-452b și Kepler-186f / & copy; wikipedia.org
Aceste și multe alte planete sunt considerate potențial locuibile în primul rând pentru că sunt situate în zonele locuibile ale stelelor lor - adică unde planeta poate primi suficientă energie pentru a se asigura că cea mai mare parte a apei de pe planetă este în formă lichidă. Această zonă este calculată pe baza mărimii și luminozității stelei.
Compoziția atmosferică și biomarkerii
Dar ce permite, privind de departe, să spunem că viața a profitat totuși de șansa ei și s-a trezit pe o planetă care a fost fără viață? În primul rând, prezența în atmosfera planetei a anumitor compuși chimici - biomarkeri, care spun, de exemplu, că viața de pe planetă „respiră”, adică unele procese biologice continuă. Luați oxigen și dioxid de carbon, de exemplu. Primul este secretat de plante ca urmare a fotosintezei și este consumat de animale în procesul de respirație, al doilea este expirat de animale și absorbit de plante. Dar acesta este doar un exemplu.
În total, se disting cinci biomarkeri: apă, dioxid de carbon, metan, oxigen și ozon. Desigur, fiecare dintre ele poate avea propria origine naturală, fără legătură cu viața, originea. Dar dacă se găsesc împreună și chiar pe o planetă similară cu Pământul, atunci probabilitatea ca acesta să fie locuit va fi mare.
Există mai multe modalități de a afla compoziția chimică a atmosferei unui exoplanet. Primul este în timpul tranzitului planetei. Metoda se numește „spectroscopie de transmisie”. Planeta trece între observatorul de pe Pământ și steaua sa. Lumina din stea trece prin atmosfera exoplanetului și ajunge la observator. Dar, în acest caz, o parte din lumina din atmosfera planetei va fi absorbită. Dacă efectuați o analiză spectrală, puteți găsi elementele chimice care au participat la aceasta. Prin ruperea luminii unei stele într-un spectru curcubeu, puteți fi atentă la scufundări - linii spectrale înguste întunecate, fiecare corespunzând unui anumit element chimic.
Metoda spectroscopiei / & copy; solarsystem.jpl.nasa.gov
Sarcinile căutării potențialelor exoplanete se vor confrunta cu înlocuirile telescoapelor moderne Kepler și Hubble. Înlocuirea primului - TESS - va căuta exoplanetele, succesorul celui de-al doilea - „James Webb” - pentru a studia în detaliu fiecare dintre cele găsite.
Există încă două căi promițătoare. Vedem planetele sistemului solar, deoarece reflectă lumina stelei noastre. Toate planetele strălucesc cu lumină reflectată. Inclusiv exoplanetele. Putem vedea deja lumina care vine de la unele planete. Și aici putem construi din nou un spectru și să încercăm să găsim biomarkeri. Dar, pe lângă asta, așa cum poate părea surprinzător, planetele pot „străluci” și propria lumină. În acest caz, vorbim despre radiații infraroșii invizibile pentru ochiul uman. Ambele metode implică studiul direct al planetei și nu lumina care vine de la stea. Și aici nu contează modul în care planul orbitei sale este îndreptat către planeta noastră. Însă descoperiri serioase în acest domeniu sunt încă înainte. Încă nu avem telescoape suficient de puternice.
Intestinele planetei
S-ar părea că compoziția chimică a exoplanetelor este greu de determinat, dar oamenii de știință încearcă să facă acest lucru. Astfel, două dintre cele cinci exoplanete descoperite în 2012 lângă steaua Tau Ceti au fost grăbit să fie înregistrate ca fiind potențial locuibile. În 2015, astrofizicienii de la Universitatea din Arizona din Tucson (SUA) au determinat compoziția chimică a stelei. Au ajuns la concluzia că intestinele Tau Ceti conțin mult mai mult magneziu decât Soarele nostru.
Steaua și planetele care o orbită s-au format din același nor de gaz și praf. În consecință, potrivit oamenilor de știință, straturile superioare și profunde ale mantei acestor planete conțin un exces substanțial de roci care conțin magneziu - olivină și ferropericlază. Fiind mai flexibile și mai fluide decât rocile care domină în intestinele planetei noastre, acestea vor împiedica formarea plăcilor litosferice și formarea crustei mult timp.
„Soare” adecvat
În ciuda faptului că Kepler-438b este deja foarte asemănător cu Pământul (bine, cel puțin de departe - suntem despărțiți de aproximativ 470 de ani-lumină), steaua sa nu arată ca Soarele nostru calm. Kepler-438 este o pitică roșie, pe jumătate la fel de mare ca masă și dimensiune ca steaua noastră. Și aparține stelelor (variabile) care sunt capabile să-și crească brusc și neperiod periodic luminozitatea de mai multe ori. Studiind steaua, oamenii de știință au descoperit că izbucnirile pe Kepler-438 apar destul de des: o dată la câteva sute de zile. Puterea lor este de zece ori mai mare decât cea a solarului. Aceste izbucniri sunt probabil asociate cu ejecții de masă coronală, care pot avea consecințe devastatoare grave asupra locuinței planetei. Într-un mediu atât de turbulent, planeta este dificilă să aibă o atmosferă, deoarece este expusă radiațiilor excesiv de periculoase și, cel mai probabil, este un locimpropriu pentru viață.
Kepler-438b și vedeta sa / & copy; wikipedia.org
Dacă viața ar putea apărea pe o astfel de planetă, probabil, viața ei ar fi de scurtă durată. Oamenii de știință speră, desigur, că Kepler-438b poate avea un câmp magnetic similar Pământului, dar chiar și acest lucru probabil nu va ajuta planeta în astfel de condiții.
magnetosferă
Prezența unui câmp magnetic global este o condiție necesară existenței vieții. Protejează planeta de radiațiile cosmice și împiedică vântul solar să sufle atmosfera. Cum îl poți găsi?
Fiind pe suprafața Pământului, știm despre existența ei datorită busolei. Acul magnetic, care se învârte liber în jurul axei sale, este situat de-a lungul liniilor de forță ale câmpului magnetic al Pământului. Un alt semn al existenței unui câmp magnetic este aurorele. Sunt cauzate de fluxuri de vânt solar care intră în ionosferă polară. Aurorele terestre sunt clar vizibile din spațiu, de exemplu, de la Stația Spațială Internațională. Dar la distanțe considerabile, ele nu mai pot fi distinse.
Dar nu contează. Cert este că, pe lângă radiațiile din domeniul vizibil, aurorele generează și unde radio cu frecvență joasă. Dar ele se răspândesc frumos în spațiu, este mult mai ușor să le detectăm decât strălucirea în sine. De exemplu, aurora de pe Jupiter a fost înregistrată pentru prima dată în acest fel - datorită emisiilor radio.
Auroras la Polul Nord al lui Jupiter / & copy; nasa.gov
În plus, această metodă va face posibilă descoperirea exoplanetelor care nu au fost descoperite anterior prin alte metode, pentru stabilirea lungimii zilei pe planetă, înclinarea axei în raport cu planul orbitei și înclinarea câmpului magnetic în raport cu axa de rotație a planetei, perioada de rotație a acesteia și perioada orbitală și, în unele cazuri, chiar prezența sateliților. Ei bine, de fapt, determinați parametrii câmpului magnetic.
Printre instrumentele pe care se bazează astrofizicienii se numără radiotelescoape la sol cu frecvență joasă LOFAR și SKA. Și în viitor - observatoare radio spațiale și chiar telescoape de pe Lună, care sunt perfecte în acest scop.
Iluminarea nocturnă a orașelor extraterestre și a altor semne „exotice”
Să revenim la modul în care planeta noastră, bineînțeles, locuibilă arată din spațiu, în timp ce este locuită de reprezentanți ai vieții inteligente. Deja când s-a apropiat de ea, un extraterestru ipotetic ar putea vedea luminile orașelor noastre de pe partea nelimitată a planetei, să primească semnalele noastre radio și chiar, eventual, să le descifreze și, de asemenea, să urmărească programele noastre TV, în avans, chiar înainte de a ajunge pe planetă, făcând cunoștință cu viața locală. Toate acestea ar putea fi realizate din spații îndepărtate cu echipamentul adecvat. Deci oamenii de știință pământești s-au gândit deja și nu ar trebui să caute semne ale altor civilizații, luminându-le artificial așezările în lumile îndepărtate?
Doi celebri astrofizicieni americani - Abraham Loeb de la Universitatea Harvard și Edwin Turner de la Princeton - au sugerat să caute obiecte iluminate artificial comparabile în plină luminozitate cu un mare oraș terestru de la marginea sistemului solar, în special, în centura Kuiper, și mai târziu, pe măsură ce se îmbunătățesc telescoape optice, extind această metodă dincolo de sistemul solar. Datorită compoziției spectrale diferite a iluminării artificiale, va fi destul de ușor să o separați de lumina stelei părinte, care este reflectată de planetă.
Lumina orașelor din lumile extraterestre așa cum este reprezentată de artist / & copy; David A. Aguilar
Dar Lisa Kaltenegger de la Universitatea Harvard propune să extindă lista biomarkerilor cu substanțe care sunt exclusiv de origine artificială. Adică, cele care nu ar trebui să fie formate în natură, iar organismele primitive nu le produc. De exemplu, clorofluorocarburi. Absoarbe bine razele infraroșii ale spectrului, ceea ce înseamnă că poate fi găsit în atmosfera altor planete. Dacă le vom găsi vreodată, atunci putem spune cu încredere că undeva în spațiu mai există ființe vii care s-au dezvoltat până la un astfel de nivel, încât au început să-și polueze „civilizația” planeta.
În general, putem spune că numărul de semne prin care putem judeca potențialul de locuit al planetelor va crește doar. Trebuie îndeplinite prea multe condiții pentru ca viața să apară pe planetă. Și toate trebuie identificate pentru a fi siguri: planeta poate fi locuită. Dar pentru asta avem nevoie de instrumente noi, mai bune.
Serghei Sobol
