Mai recent, am comentat descoperirea Proxima b, o planetă care a devenit o cireșă deasupra unei prăjituri exoplanetare. Și pe 22 februarie 2017, cu fanfară, a fost anunțată descoperirea a trei planete simultan în zona locuibilă a unui alt pitic roșu - TRAPPIST-1. Acest sistem este de aproape zece ori mai departe decât Proxima Centauri, dar există cel puțin două circumstanțe care fac ca găsirea celei de-a doua cireșe de pe tort în ultimele câteva luni. Aceasta:
- există trei planete în zona locuibilă simultan, ceea ce crește probabilitatea ca cel puțin una dintre ele să fie potrivită pentru viață;
- aceste planete, spre deosebire de Proxima b, sunt tranzitorii, adică trec de-a lungul discului stelei pentru un observator pământesc, ceea ce facilitează foarte mult observarea atmosferelor lor.
Câteva cuvinte despre istoria senzației. Sistemul a fost descoperit în 2015 de micul telescop belgian TRAPPIST. Denumirea - Planete tranzitorii și Planetesimals Small Telescope South - este adaptată mărcii de bere belgiană. Telescopul este situat în Chile la Observatorul La Silla al Observatorului Sudic European.
Cu ajutorul său, trei planete de tranzit au fost descoperite lângă pitica roșie rece 2MASS J23062928-0502285 [1], care a primit al doilea nume, mai uman, TRAPPIST-1 - acesta a fost primul sistem planetar descoperit de acest telescop. Apoi, sistemul a fost observat de telescopul european VLT (Very Large Telescope) și, în cele din urmă, datorită datelor telescopului spațial infraroșu NASA Spitzer, sistemul a fost „descurcat” și s-a constatat că există șapte planete. De fapt, ultimul pas a fost conferința de presă a NASA din 22 februarie.
Figura: 1. Curba de lumină a stelei TRAPPIST-1 în timpul sesiunii de 20 de zile a telescopului spațial Spitzer. Puncte verzi - observații cu telescoape la sol. Vertical - luminozitatea stelei în momentul respectiv în raport cu luminozitatea medie. Diamantele marchează tranzitele unor planete specifice. Ejectiile ascendente ale punctelor sunt cel mai probabil flăcări stelare. Există un singur tranzit al planetei h. Perioada și raza sa orbitală sunt estimate de la durata unui singur tranzit (vezi Fig. 2)
Figura: 2. Curbele luminii stelei în timpul tranzitelor fiecăreia dintre cele șapte planete
Video promotional:
Zona locuibilă include planetele e, f, g, deși la prima vedere planeta d este mai potrivită pentru intensitatea încălzirii decât g. Acest lucru necesită o discuție destul de complexă cu estimări ale posibilului efect de seră, inclusiv o mulțime de incertitudini. Desigur, conceptul de zonă locuibilă este foarte arbitrar.
Indiferent de modul în care definim zona locuibilă, există probleme serioase cu adecvarea reală pentru viață a fiecăreia dintre aceste planete. Aceleași probleme ca și Proxima b. Acestea sunt asociate cu natura piticilor roșii.
1. Acestea sunt stele cu activitate magnetică foarte violentă. Au un strat convectiv gros. Spre deosebire de Soare, unde căldura este transferată în exterior în principal prin difuzia fotonilor, convecția predomină acolo. Soarele are și convecție, motiv pentru care apar pete, flăcări, proeminențe, iar pe Pământ sunt furtuni magnetice și aurore. Acolo toate aceste fenomene sunt mult mai intense.
2. Luminozitatea acestor stele la începutul biografiei lor se schimbă foarte mult. În primele milioane de ani, ele strălucesc de zeci, sau chiar de sute de ori mai puternic decât în starea de echilibru.
3. Zona locuibilă a piticilor roșii este atât de aproape de stea încât planetele cad într-o închidere mareică: fie sunt întotdeauna orientate spre stea cu o parte, fie ziua lor este mai lungă decât anul lor (pentru sistemul TRAPPIST-1, prima opțiune este mai probabilă).
Ce să facem, natura pentru a doua oară în mai puțin de un an ne alunecă atât de puțin sisteme planetare prea încurajatoare. Acest lucru nu este surprinzător - sunt mult mai ușor de găsit prin metoda spectrometrică (este imposibil să detectăm Pământul în apropierea Soarelui în acest fel), sunt mai susceptibile să se dovedească tranzitorii, iar tranzitele sunt mai contrastante, în cele din urmă, există mai multe pitice roșii decât cele galbene și portocalii.
Figura: 3. Tranzitul simultan a trei planete. Curba de lumină luată la 11 decembrie 2015 cu telescopul european VLT
Deci, datele despre sistemul TRAPPIST-1 au fost găsite (nu prezentăm erori).
| Planetă | Raza orbitei | Perioadă | Raza planetei | Intensitatea încălzirii (în unități terestre) |
| b | 0,011 AU | 1,51 zile | 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 |
Stea. Masă - 0,08 solare, rază -0,117 solară, luminozitate - 0,5103 solară, temperatură 2550K
A fost posibil să se estimeze aproximativ masele planetelor - datorită interacțiunii lor, tranzitele sunt ușor schimbate în timp. Erorile la determinarea masei sunt mari, dar putem concluziona deja că densitatea planetelor corespunde umplerii stâncii.
Desigur, planete asemănătoare pământului lângă stele asemănătoare soarelui vor fi găsite în viitorul previzibil. De fapt, mai multe astfel de planete au fost deja găsite în datele Kepler, doar că sunt foarte departe. Este suficient să observați câteva sute de stele strălucitoare pe cer (ceea ce este planificat în anii următori), iar astfel de planete vor fi descoperite în termen de o sută de ani lumină (și dacă aveți noroc, chiar mai aproape).
De fapt, planetele confortabile lângă stele confortabile se află în decurs de 15-20 de ani lumină (acest lucru rezultă din statisticile obținute de Kepler), dar pentru a le descoperi sunt necesare interferometre spațiale, care nu vor apărea în curând (vezi [2]).
Rămâne speranța că cel puțin una dintre planete este potrivită pentru viață. Inițial, ar putea avea multă apă - nu s-ar putea forma acolo unde sunt acum și au trebuit să migreze către stea de la periferia discului protoplanetar - din cauza liniei de zăpadă, unde există multe corpuri de gheață. Adevărat, au migrat înapoi în era în care steaua era mult mai strălucitoare. Dar estimările făcute pentru Proxima b arată că hidrosferele planetelor ar putea supraviețui unei călduri arzătoare de zeci de milioane de ani.
Închiderea mareelor nu este fatală dacă planeta are o atmosferă groasă și un ocean global - atunci transferul de căldură este capabil să netezească diferența de temperatură dintre emisferele de zi și de noapte.
O problemă mai gravă este suflarea atmosferei prin vânt stelar și radiații puternice. La conferința de presă, s-a spus că vedeta este calmă acum. Acest lucru este adevărat dacă ne referim la radiații termice, dar nu la raze X: TRAPPIST-1 - măsurată direct de observatorul spațial XMM - emite aproximativ aceeași cantitate de raze X ca Soarele. Deoarece planetele sunt de zece ori mai aproape de stea decât Pământul de Soare, radiația lor cu raze X este cu trei ordine de mărime mai mare decât cea a Pământului.
Razele X nu reprezintă o amenințare directă pentru viață - sunt absorbite de atmosferă. Problema se află în deshidratarea planetei: razele X și lumina ultravioletă dură separă moleculele de apă - hidrogenul se evaporă ușor, oxigenul se leagă. Și mai rău, deoarece există raze X intense, trebuie să existe un vânt stelar intens - se dezbracă de straturile exterioare ale atmosferei. Singura mântuire în acest caz este câmpul magnetic al planetei. Dacă aceste planete au un câmp suficient de puternic este o întrebare. Poate că există.
Așadar, rămâne speranța că unele dintre planetele sistemului TRAPPIST-1 sunt potrivite pentru viață. Se poate confirma sau refuza această speranță? Este posibil și mult mai ușor decât în cazul Proxima b, în care trebuie să observăm fie radiația termică reflectată, fie propria planetă.
Este foarte dificil să-l separi de radiația stelei. Aici, atmosfera planetelor poate fi observată în lumină, ceea ce este incomparabil mai ușor.
În cazul Proxima b, noul telescop spațial James Webb va putea arăta ceva doar în caz extrem: o emisferă este fierbinte, cealaltă este înghețată. În cazul TRAPPIST-1, este realist să vedem liniile de absorbție în atmosferele planetelor. Sau puneți câteva restricții deasupra. O astfel de limitare a fost deja stabilită: planetele interioare nu au atmosfere groase de hidrogen.
Figura: 4. Diagrama orbitelor sistemului TRAPPIST-1. Zona locuibilă este marcată cu gri. Cercuri punctate - are o interpretare ușor diferită
Există o posibilitate teoretică ca James Webb să descopere viața pe una dintre aceste planete? Cel mai elocvent marcator al vieții este oxigenul. Este pe deplin detectabil atât ca ozon, cât și ca O2. Un alt lucru este că se poate forma o anumită cantitate de oxigen, de exemplu, datorită disocierii moleculelor de apă prin radiația dură a unei stele. Estimarea cantității de oxigen este un marker de încredere nu este ușoară. Este necesar să se cunoască rata de disociere și rata de legare a oxigenului - există multe incertitudini. Dar dacă există atât de mult oxigen cât pe Pământ, nu mai este nicăieri: doar viața poate da acest lucru. Dacă există puțin oxigen, acest lucru nu înseamnă că nu există viață: a existat puțin oxigen pe Pământ în primele două miliarde de ani de viață.
În concluzie, aș dori să-mi exprim regretul că Rusia a ocolit studiul exoplanetelor. Există persoane și locuri de muncă individuale, dar nimic mai mult. Dar această zonă nu necesită instalări gigantice - mai degrabă, substanța cenușie și perseverența decât știința noastră s-a putut lăuda întotdeauna. Oarecare speranță este dată de proiectul rus „Millimetron” - un telescop spațial criogen cu o oglindă de 10 metri: studiul exoplanetelor este unul dintre primele puncte ale proiectului. Cu toate acestea, acesta este un subiect pentru o publicație separată.
Boris Stern, astrofizician, dr. fizic -mat. stiinte, condus. științific. sotr. Institutul de Cercetări Nucleare RAS (Troitsk)
