Kaip jie ieško planetų gyvenamojoje zonoje, kokios sąlygos yra būtinos gyvybei susiformuoti ir kas įdomu atradus egzoplanetą „Proxima b“
Gyvenamoji zona, kuri angliškai vadinama gyvenamąja zona, yra erdvė erdvėje, kurioje yra palankiausios sausumos tipo gyvenimo sąlygos. Buveinių terminas reiškia, kad įvykdytos beveik visos gyvenimo sąlygos, mes to tiesiog nematome. Tinkamumą gyvenimui lemia šie veiksniai: skysto vandens buvimas, pakankamai tanki atmosfera, cheminė įvairovė (paprastos ir sudėtingos molekulės, pagrįstos H, C, N, O, S ir P) ir buvimas žvaigždute, atnešančia reikiamą energijos kiekį.
- „Salik.biz“
Studijų istorija: sausumos planetos
Astrofizikos požiūriu buvo keletas paskatų gyvenamosios zonos koncepcijai atsirasti. Apsvarstykite mūsų saulės sistemą ir keturias sausumos planetas: Merkurijų, Venerą, Žemę ir Marsą. Merkurijus neturi atmosferos ir yra per arti Saulės, todėl mums nėra labai įdomus. Tai planeta su liūdnu likimu, nes net jei ji turėtų atmosferą, ją nuneštų saulės vėjas, tai yra plazmos srautas, nuolat tekantis iš žvaigždės koronos.
Apsvarstykite likusias Saulės sistemos sausumos planetų dalis - tai yra Venera, Žemė ir Marsas. Jie atsirado praktiškai toje pačioje vietoje ir tomis pačiomis sąlygomis prieš ~ 4,5 milijardo metų. Todėl astrofizikos požiūriu jų evoliucija turėtų būti gana panaši. Dabar, kosminio amžiaus pradžioje, kai pažengėme į priekį tyrinėdami šias planetas naudodamiesi kosminiais laivais, gauti rezultatai parodė nepaprastai skirtingas šių planetų sąlygas. Dabar mes žinome, kad Venera turi labai aukštą slėgį ir yra labai karšta paviršiuje (460–480 ° C) - tai temperatūra, kurioje daugelis medžiagų net ištirpsta. Ir iš pirmųjų paviršiaus panoraminių kadrų pamatėme, kad jis yra visiškai negyvas ir praktiškai nepritaikytas gyvenimui. Visas paviršius yra vienas žemynas.
Antžeminės planetos - Merkurijus, Venera, Žemė, Marsas
Reklaminis vaizdo įrašas:
„commons.wikimedia.org“
Kita vertus, Marsas. Tai šaltas pasaulis. Marsas prarado atmosferą. Tai vėlgi yra dykumos paviršius, nors yra kalnų ir ugnikalnių. Anglies dioksido atmosfera yra labai plona; jei vanduo ten buvo, tada viskas buvo užšaldyta. Marsas turi poliarinį dangtelį, o naujausi misijos į Marsą rezultatai rodo, kad po smėlio danga - regolitu - egzistuoja ledas.
Ir Žemė. Labai palanki temperatūra, vanduo neužšąla (bent jau ne visur). Ir būtent Žemėje atsirado gyvybė - ir primityvus, ir daugialąstelinis, protingas gyvenimas. Atrodytų, mes matome nedidelę Saulės sistemos dalį, kurioje susiformavo trys planetos, vadinamos antžeminėmis planetomis, tačiau jų evoliucija yra visiškai kitokia. Ir šioms pirmosioms idėjoms apie galimus pačių planetų evoliucijos kelius kilo gyvenamosios zonos idėja.
Gyvenamųjų zonų ribos
Astrofizikai stebi ir tyrinėja mus supantį pasaulį, mus supančią išorinę erdvę, tai yra, mūsų Saulės sistemą ir planetų sistemas kitose žvaigždėse. Ir norint kažkaip susisteminti, kur ieškoti, kokius objektus dominti, reikia suprasti, kaip nustatyti gyvenamąją zoną. Mes visada manėme, kad kitos žvaigždės turėtų turėti planetas, tačiau instrumentinė galia leido mums aptikti pirmąsias egzoplanetas - planetas, esančias už Saulės sistemos ribų - vos prieš 20 metų.
Kaip nustatomos vidinės ir išorinės gyvenamosios zonos ribos? Manoma, kad mūsų Saulės sistemoje gyvenamoji zona yra nuo 0,95 iki 1,37 astronominių vienetų atstumu nuo Saulės. Mes žinome, kad Žemė yra 1 astronominis vienetas (AU) nuo Saulės, Venera yra 0,7 AU. e., Marsas - 1,5 a. e) Jei žinome žvaigždės šviesumą, apskaičiuoti gyvenamosios zonos centrą yra labai lengva - tereikia paimti šios žvaigždės šviesumo santykio kvadratinę šaknį ir nurodyti Saulės šviesumą, tai yra:
Rae = („Lstar“/ Lsun) 1/2.
Čia Rae yra vidutinis astronominių vienetų gyvenamosios zonos spindulys, o Lstar ir Lsun yra atitinkamai ieškomos žvaigždės ir Saulės bolometriniai spinduliai. Gyvenamosios zonos ribos nustatomos atsižvelgiant į reikalavimą, kad joje esančiose planetose būtų skystas vanduo, nes jis yra būtinas tirpiklis daugelyje biomechaninių reakcijų. Už išorinės gyvenamosios zonos ribos planeta negauna pakankamai saulės spinduliuotės, kad kompensuotų radiacijos nuostolius, o jos temperatūra nukris žemiau vandens užšalimo taško. Planeta, esanti arčiau žvaigždės nei vidinė gyvenamosios zonos riba, bus pernelyg kaitinama jos spinduliuotės, dėl kurios vanduo išgaruos.
Griežčiau tariant, vidinę ribą lemia ir planetos atstumas nuo žvaigždės, ir jos atmosferos sudėtis, o ypač vadinamosios šiltnamio efektą sukeliančios dujos: vandens garai, anglies dioksidas, metanas, amoniakas ir kitos. Kaip žinote, šiltnamio efektą sukeliančios dujos kaitina atmosferą, o katastrofiškai augančio šiltnamio efekto atveju (pavyzdžiui, ankstyvoji Venera) vanduo išgaruoja iš planetos paviršiaus ir prarandamas iš atmosferos.
Išorės siena jau yra kita problemos pusė. Jis gali būti daug toliau, kai mažai saulės energijos gaunama, o Marso atmosferoje esančių šiltnamio efektą sukeliančių dujų nepakanka, kad šiltnamio efektas sukurtų švelnų klimatą. Kai tik energijos kiekis tampa nepakankamas, šiltnamio efektą sukeliančios dujos (vandens garai, metanas ir kt.) Iš atmosferos kondensuojasi, krinta kaip lietus ar sniegas ir pan. O tikros šiltnamio efektą sukeliančios dujos susikaupė po Marso poliariniu dangteliu.
Labai svarbu pasakyti vieną žodį apie žvaigždžių, gyvenančių už mūsų Saulės sistemos, gyvenamąją zoną: potencialas yra potencialaus apgyvendinimo zona, tai yra, ten yra tenkinamos sąlygos, kurios yra būtinos, bet nėra pakankamos gyvybei susiformuoti. Čia turime kalbėti apie planetos gyvybingumą, kai atsiranda daugybė geofizinių ir biocheminių reiškinių ir procesų, tokių kaip planetos magnetinis laukas, plokštelinė tektonika, planetų dienų trukmė ir pan. Išvardyti reiškiniai ir procesai dabar aktyviai tiriami nauja astronominių tyrimų kryptimi - astrobiologija.
Ieškokite planetų gyvenamoje zonoje
Astrofizikai paprasčiausiai ieško planetų ir tada nustato, ar jos yra gyvenamojoje zonoje. Iš astronominių stebėjimų galite pamatyti, kur yra ši planeta, kur yra jos orbita. Jei gyvenama zonoje, tada iškart padidėja susidomėjimas šia planeta. Toliau šią planetą reikia ištirti kitais aspektais: atmosfera, chemine įvairove, vandens buvimu ir šilumos šaltiniu. Tai jau šiek tiek atitraukia mus nuo „potencialo“sąvokos skliaustų. Tačiau pagrindinė problema yra ta, kad visos šios žvaigždės yra labai toli.
Matyti planetą šalia tokios žvaigždės kaip Saulė yra vienas dalykas. Yra daugybė egzoplanetų, panašių į mūsų Žemę - vadinamosios sub- ir superžemės, tai yra planetos, kurių spindulys yra artimas Žemės spinduliui ar šiek tiek viršija jo spindulį. Astrofizikai juos tiria tyrinėdami atmosferą, paviršiaus nematome - tik pavieniais atvejais, vadinamąjį tiesioginį vaizdavimą, kai matome tik labai tolimą tašką. Todėl turime išsiaiškinti, ar šioje planetoje yra atmosfera, ir jei taip, kokia jos sudėtis, kokios dujos ten yra ir pan.
„Exoplanet“(raudonas taškas kairėje) ir rudasis nykštukas 2M1207b (viduryje). Pirmasis vaizdas padarytas naudojant tiesioginio vaizdavimo technologiją 2004 m
ESO / VLT
Plačiąja prasme gyvenimo ne Saulės sistemoje, o Saulės sistemoje paieška yra vadinamųjų biomarkerių paieška. Manoma, kad biomarkeriai yra biologinės kilmės cheminiai junginiai. Mes žinome, kad pagrindinis biomarkeris Žemėje, pavyzdžiui, yra deguonies buvimas atmosferoje. Mes žinome, kad ankstyvojoje Žemėje buvo labai mažai deguonies. Paprasčiausias, primityviausias gyvenimas atsirado anksti, daugialąsčių gyvenimas atsirado gana vėlai, jau nekalbant apie intelektualųjį. Bet tada dėl fotosintezės pradėjo formuotis deguonis, pasikeitė atmosfera. Ir tai yra vienas iš galimų biomarkerių. Iš kitų teorijų mes žinome, kad yra daugybė planetų, turinčių deguonies atmosferą, tačiau molekulinio deguonies susidarymą sukelia ne biologiniai, o įprasti fiziniai procesai,tarkime, vandens garų skilimas veikiant žvaigždžių ultravioletiniams spinduliams. Todėl visas entuziazmas, kad kai tik pamatysime molekulinį deguonį, jis bus biomarkeris, nėra visiškai pagrįstas.
Misija „Kepler“
Keplerio kosminis teleskopas (KT) yra viena sėkmingiausių astronominių misijų (žinoma, po Hablo kosminiu teleskopu). Ja siekiama surasti planetas. Keplerio CT dėka mes padarėme didelį šuolį egzoplanetų tyrimuose.
Keplerio CT buvo sutelktas į vieną atradimo būdą - vadinamuosius tranzitus, kai fotometras - vienintelis palydove esantis instrumentas - stebėjo žvaigždės ryškumo pokyčius tuo metu, kai planeta praėjo tarp jos ir teleskopo. Tai davė informacijos apie planetos orbitą, jos masę, temperatūros režimą. Ir tai leido per pirmąją šios misijos dalį nustatyti apie 4500 potencialių planetos kandidatų.
Kosminis teleskopas "Kepler"
NASA
Astrofizikoje, astronomijoje ir tikriausiai visuose gamtos moksluose įprasta patvirtinti atradimus. Fotometras užfiksuoja, kad keičiasi žvaigždės ryškumas, bet ką tai gali reikšti? Gal žvaigždė turi kažkokius vidinius procesus, lemiančius pokyčius; planetos praeina - jis patamsėjęs. Todėl būtina žiūrėti į pokyčių dažnį. Bet norint tvirtai pasakyti, kad ten yra planetų, būtina tai kažkaip patvirtinti - pavyzdžiui, keičiant žvaigždės radialinį greitį. Tai yra, dabar yra apie 3600 planetų - tai planetos, patvirtintos keliais stebėjimo metodais. Galimų kandidatų yra beveik 5000.
„Proxima Centauri“
2016 m. Rugpjūčio mėn. Buvo gautas patvirtinimas, kad šalia žvaigždės „Proxima Kentauri“yra planeta, pavadinimu Proxima b. Kodėl tai taip įdomu visiems? Dėl labai paprastos priežasties: ji yra arčiausiai mūsų saulės esanti žvaigždė per 4,2 šviesmečio atstumą (tai yra, šviesa apima šį atstumą per 4,2 metų). Tai yra artimiausia egzoplaneta mums ir, galbūt, artimiausias dangaus kūnas Saulės sistemai, kuriame gali egzistuoti gyvybė. Pirmieji matavimai buvo atlikti 2012 m., Tačiau kadangi ši žvaigždė yra šauni raudona nykštukė, reikėjo atlikti labai ilgą matavimų seriją. Žvaigždę keletą metų stebėjo kelios mokslinės grupės iš Europos pietų observatorijos (ESO). Jie sukūrė tinklalapį „Pale Red Dot“(palereddot.org - red.), Tai yra „šviesiai raudoną tašką“, ir ten paskelbė pastebėjimus. Astronomai pritraukė skirtingus stebėtojus, ir buvo galima stebėti stebėjimų rezultatus viešoje erdvėje. Taigi buvo galima stebėti patį šios planetos atradimo procesą beveik internete. Stebimos programos ir svetainės pavadinimas grįžta į terminą „Pale Red Dot“, kurį sukūrė garsus amerikiečių mokslininkas Carlas Saganas, kad Žemės planetos vaizdai būtų perduodami kosminiais laivais iš Saulės sistemos gelmių. Bandydami surasti tokią planetą kaip Žemė kitose žvaigždžių sistemose, galime pabandyti įsivaizduoti, kaip mūsų planeta atrodo iš kosmoso gelmių. Šis projektas buvo pavadintas blyškiai mėlynu tašku („šviesiai mėlynas taškas“), nes iš kosmoso dėl atmosferos šviesumo mūsų planeta matoma kaip mėlynas taškas.buvo galima sekti patį šios planetos atradimo procesą beveik internete. Stebimos programos ir svetainės pavadinimas grįžta į terminą „Pale Red Dot“, kurį sukūrė garsus amerikiečių mokslininkas Carlas Saganas, kad Žemės planetos vaizdai būtų perduodami kosminiais laivais iš Saulės sistemos gelmių. Bandydami surasti tokią planetą kaip Žemė kitose žvaigždžių sistemose, galime pabandyti įsivaizduoti, kaip mūsų planeta atrodo iš kosmoso gelmių. Šis projektas buvo pavadintas blyškiai mėlynu tašku („šviesiai mėlynas taškas“), nes iš kosmoso dėl atmosferos šviesumo mūsų planeta matoma kaip mėlynas taškas.buvo galima sekti patį šios planetos atradimo procesą beveik internete. Stebimos programos ir svetainės pavadinimas grįžta į terminą „Pale Red Dot“, kurį sukūrė garsus amerikiečių mokslininkas Carlas Saganas, kad Žemės planetos vaizdai būtų perduodami kosminiais laivais iš Saulės sistemos gelmių. Bandydami surasti tokią planetą kaip Žemė kitose žvaigždžių sistemose, galime pabandyti įsivaizduoti, kaip mūsų planeta atrodo iš kosmoso gelmių. Šis projektas buvo pavadintas blyškiai mėlynu tašku („šviesiai mėlynas taškas“), nes iš kosmoso dėl atmosferos šviesumo mūsų planeta matoma kaip mėlynas taškas.pasiūlė garsus amerikiečių mokslininkas Carlas Saganas Žemės planetos vaizdams, perduodamiems erdvėlaiviais iš Saulės sistemos gelmių. Bandydami surasti tokią planetą kaip Žemė kitose žvaigždžių sistemose, galime pabandyti įsivaizduoti, kaip mūsų planeta atrodo iš kosmoso gelmių. Šis projektas buvo pavadintas blyškiai mėlynu tašku („šviesiai mėlynas taškas“), nes iš kosmoso dėl atmosferos šviesumo mūsų planeta matoma kaip mėlynas taškas.pasiūlė garsus amerikiečių mokslininkas Carlas Saganas Žemės planetos vaizdams, perduodamiems erdvėlaiviais iš Saulės sistemos gelmių. Bandydami surasti tokią planetą kaip Žemė kitose žvaigždžių sistemose, galime pabandyti įsivaizduoti, kaip mūsų planeta atrodo iš kosmoso gelmių. Šis projektas buvo pavadintas blyškiai mėlynu tašku („šviesiai mėlynas taškas“), nes iš kosmoso dėl atmosferos šviesumo mūsų planeta matoma kaip mėlynas taškas.
„Proxima b“planeta atsidūrė savo žvaigždės gyvenamojoje zonoje ir palyginti arti Žemės. Jei mes, Žemės planeta, esame 1 astronominiu vienetu nuo savo žvaigždės, tai ši nauja planeta yra 0,05, tai yra 200 kartų arčiau. Bet žvaigždė šviečia silpniau, ji yra šaltesnė ir jau tokiais atstumais patenka į vadinamąją potvynio gaudymo zoną. Kai Žemė užfiksavo Mėnulį ir jie sukasi kartu, čia yra ta pati situacija. Bet tuo pat metu viena planetos pusė yra sušilusi, o kita - šalta.
Tariamo „Proxima Centauri b“kraštovaizdžio, kurį mato menininkas
ESO / M. Kornmesseris
Yra tokios klimato sąlygos, vėjų sistema, kuri keičia šilumą tarp pašildomos ir tamsiosios dalies, o ant šių pusrutulių sienų gali būti gana palankios gyvenimo sąlygos. Tačiau planetos „Proxima Centauri b“problema yra ta, kad pagrindinė žvaigždė yra raudona nykštukė. Raudonieji nykštukai gyvena gana ilgą laiką, tačiau jie turi vieną specifinę savybę: jie yra labai aktyvūs. Yra žvaigždžių pliūpsniai, vainikinės masės išstūmimai ir pan. Jau paskelbta nemažai mokslinių straipsnių apie šią sistemą, kur, pavyzdžiui, sakoma, kad skirtingai nuo Žemės, ultravioletinės spinduliuotės lygis yra 20–30 kartų didesnis. T. y. Norint, kad paviršiuje būtų palankios sąlygos, atmosfera turi būti pakankamai tanki, kad apsaugotų nuo radiacijos. Bet tai yra vienintelis artimiausias egzoplanetas,kuriuos galima išsamiai ištirti naudojant naujos kartos astronominius prietaisus. Stebėkite jos atmosferą, stebėkite, kas ten vyksta, ar yra šiltnamio efektą sukeliančių dujų, koks ten klimatas, ar ten yra biologinių žymeklių. Astrofizikai tirs „Proxima b“planetą, karštą objektą tyrimams.
Perspektyvos
Mes laukiame kelių naujų antžeminių ir kosminių teleskopų, naujų instrumentų paleidimo. Rusijoje tai bus „Spektr-UF“kosminis teleskopas. Prie šio projekto aktyviai dirba Rusijos mokslų akademijos astronomijos institutas. 2018 m. Bus paleistas Amerikos kosminis teleskopas. Jamesas Webbas yra nauja karta, palyginti su CT im. Hablas. Jo skiriamoji geba bus daug didesnė, ir mes galėsime stebėti atmosferos sudėtį tose egzoplanetose, apie kurias žinome, kažkaip išspręsti jų struktūrą, klimato sistemą. Bet mes turime suprasti, kad tai yra įprastas astronominis instrumentas - natūraliai, kaip ir KT, bus labai stipri konkurencija. Hablas: kažkas nori stebėti galaktiką, kažkas - žvaigždes, kažkas - kažkas. Planuojamos kelios specializuotos misijos egzoplanetoms tirti,pvz., NASA TESS (tranzitinis „Exoplanet Survey Satellite“). Tiesą sakant, per ateinančius 10 metų galime tikėtis svarių žinių apie egzoplanetas apskritai ir ypač apie tokias potencialiai tinkamas gyventi egzoplanetas, kaip Žemė, patobulėjimo.
Valerijus Shematovičius, fizikos ir matematikos mokslų daktaras, Rusijos mokslų akademijos Astronomijos instituto Saulės sistemos tyrimų katedros vedėjas