Кредит за изображение: Джон Роу
Търсенето на планети, подобни на Земята, започва с търсенето на слънчеви звезди. Астрономът Маги Търнбул беше помолен да направи кратък списък от тридесет кандидат-звезди, които плътно съвпаднаха със собственото ни Слънце, от общо списък 2350 звезди, които са на сто светлинни години от нас. Този кратък списък, включващ 37 скъпоценни камъни, ще бъде използван от мисията на Земята за намиране на планети, която ще търси обитаеми планети, като търси видимата светлина на кислород или вода в планета, подобна на Земята - сигурен признак на живот.
Тридесет и седмата най-западна звезда в съзвездието Близнаци е жълто-оранжева звезда като нашето слънце. Звездата се нарича 37 Geminorum, но за астрофизик Маргарет Търнбул звездата е специална, тъй като предлага казус за преценка какво може да се окаже добър кандидат за обитаване на обитаеми планети.
При съставянето на списъка си със звезди, които могат да поддържат планети с течна вода и кислород, тя трябва да изключи екстремни слънца: или твърде млади, или прекалено стари, които се въртят твърде бързо, или които са достатъчно променливи по яркост, за да причинят климатичен хаос на който и да е близкия свят.
На разстояние от 56.3 светлинни години звездата 37 Gem все още не показва показателни знаци за наличието на такива планети или каквито и да било планети - но бъдещите НАСА и европейските телескопи търсят да насочат звезди точно като 37 Gem, тъй като може да споделят някои от същите свойства, които направиха нашата собствена слънчева система обитаема. Досега са открити над 100 екстрасоларни планети, използващи наземни телескопи, а приблизителните оценки за общия брой такива планети в нашата галактика могат да достигнат в милиарди кандидат-светове.
Работейки от университета в Аризона в Тусон, Маги Търнбул беше помолена да направи кратък списък от тридесет звездни кандидати, които най-много приличат на други слънца, способни да поддържат условията за живот да процъфтяват. Започвайки търсенето си сред звезди на по-малко от сто светлинни години, даде около 2350 звезди, за да помислим допълнително.
Наскоро Търнбул представи своите резултати на група учени от проекта за космически телескопи на НАСА, Земния търсач на планети (TPF), който ще търси обитаеми планети, като използва видима светлина с „подписа“ на вода и / или кислород от Земята- тип планета. След планираното пускане на TPF около 2013 г., ще следва европейския проект на Дарвин, включващ шест космически телескопа.
Звездният списък е създаден от още по-голям списък (17,129 звезди в рамките на 450 светлинни години или 140 парсекса), които Търнбул и съветникът Джил Тартър от Института SETI публикуваха за първи път в Astrophysical Journal. Списъкът стана известен като Каталог на близките обитаеми звездни системи (или HabCat). Статията им, публикувана през август, озаглавена „Избор на целта за SETI: I. Каталог на близките обитаеми звездни системи“, разширява предишните списъци с кандидати с близо десет пъти или по порядък.
За да поддържа сложния живот, кандидат-звездата трябва да е подходящия цвят, яркост и възраст. Ако това е звезда на средна възраст като нашата собствена, тя ще е изгоряла чрез достатъчно разпалими се леки елементи, за да произведе по-тежки метали като желязо, но не толкова стара, че да се разпада или толкова млада, че животът е само далечна перспектива за бъдещето. Въз основа на това какви фрагменти знаем за това колко сложен живот се е появил на Земята, търсенето на Търнбул има за цел да намери „Златоносите“ на звезди, които изглеждат „точно“.
Така че защо 37 Gem?
37 Geminorum се намира в северозападната част на съзвездие Близнаци, кръстено на Близнаците. За астрономите любители с добър телескоп в задния двор се вижда 37 Gem. В гръцката митология близнаците Близнаци отплаваха с Джейсън в стремежа си към Златното руно; по време на буря близнаците помогнаха да спасят кораба си ARGO от потъване и така съзвездието стана много ценено от моряците.
Повечето звезди като Gem 37 са групирани в малък брой спектрални класове, базирани приблизително на цвета на светлината, която излъчват. Наречен каталога на Хенри Дрейпър, звездният сборник изброява спектрални класове в седем широки категории, от най-горещите до най-готините звезди. Тези типове са обозначени, в ред на понижаване на температурата, с буквите O, B, A, F, G, K и M. Номенклатурата се корени в отдавна остарели идеи за звездна еволюция, но терминологията остава. Нашето слънце, класифицирано в по-фин мащаб като типично джудже „G2V“, е на приблизително 4,5 милиарда години. Звездата кандидат, 37 Gem, е подобно на средна възраст, но малко по-стара с милиард години, на 5,5 милиарда години.
Спектрите на звезди от тип G като нашата собствена (и 37 Gem) са доминирани от определени химически елементи, както се сигнализира от техните характерни спектрални линии (или емисии). Елементите от най-актуален интерес са металите, особено за онези звезди, богати на желязо, калций, натрий, магнезий и титан. Астрономически, в сравнение с класификацията на нашето слънце като типично джудже G2V, 37 Gem има малко по-гореща повърхностна температура. По този начин основният избор на Turnbull - 37 Gem - е каталогизиран като джудже G0V - което означава, че е и жълто-оранжева звезда с джудже с основна последователност. Тъй като G звездите се характеризират с наличието на тези метални линии и слаб водороден спектър, те споделят обща възраст, маса и светимост.
В противен случай 37 скъпоценни камъка са близки до собствения ни слънчев близнак или подобен на Близнаци близък до Слънцето: 1,1 пъти по-голяма от масата на слънцето ни, 1,03 пъти по-голяма от диаметъра му и 1,25 пъти по-голяма от светимостта.
Светимостите са „може би най-важната информация“, казва Търнбул пред Astrobiology Magazine, „ние използваме при определяне на обитаемостта на близките звезди“ за сложен живот, защото светимостта показва в коя фаза от живота е звездата и това от своя страна диктува колко дълго звезда ще остане стабилна.
Списание Astrobiology имаше възможност да разговаря с Маги Търнбул в обсерваторията Стюард в Тусон за това как да изберете звездни кандидати за обитаемост.
Списание за астробиология (AM): Вашето скорошно проучване започна да гледа на около 100 светлинни години, отдалечени от нашето Слънце, и всички звезди навътре от този радиус, нали? Това беше визуалната сфера за започване на търсенето?
Маргарет Търнбул (MT): Има около 2350 звезди от Хипаркос в рамките на 30 парсекса (90 светлина)
години), максималното разстояние за мисията на Земната планета (TPF). В рамките на това разстояние има около 5000 звезди, но ние гледаме само звездите на Хипаркос, така че моят стартов списък е дълъг 2350 звезди.
AM: Случвало ли ви се е да задържите телескоп в задния двор, за да видите 37 Gem?
MT: Със сигурност трябва да се вижда с задния двор телескоп, но не, не съм го гледал със собствените си очи! Поради фотометрията (измерване на нейната яркост) и спектроскопията (измерване на нейния състав), която гледах, имам чувството, че го „знам“, без изобщо да съм го виждал.
За 37 Gem обаче трябва да се направи още наблюдение. Например, ние трябва да извършим инфрачервени изображения с висока разделителна способност на тази звезда, преди да можем да кажем, че тя трябва да бъде цел - ако открием, че има много отломки, които плуват наоколо, ще трябва да я премахнем от списъка.
AM: Звездата, 37 Gem, много ли се различаваше от номер две в списъка на тридесетте най-добри кандидати?
MT: Всъщност „най-добрите“ звезди са много сходни една с друга и в действителност няма смисъл да се опитвате да ги класирате. 37 Gem е една от най-близките звезди, която също удовлетворява инженерните критерии, така че в този момент изглежда като много добър кандидат за търсенето на TPF.
AM: Само от любопитство, коя звезда официално беше номер две в списъка?
MT: Когато ще гледате само тридесет звезди, всички те са по-добре „номер едно“. Тоест всяка звезда, която наблюдаваме, трябва да бъде от първостепенно значение за мисията, защото нямаме време да губим. Все още сме в процес на точно определяне на основната цел на мисията.
Ако целта е да се разгледа спектър от спектрални типове, тогава най-горните звезди могат да включват много близки звезди К или М, но ако целта е да се разгледат 30 от най-подобни на Слънце звезди, тогава звезди като 18 Sco (слънчева енергия) близнак на 14 парсека в съзвездието Скорпий), бета CVn („хрътка“) или 51 Peg („Пегас“, летящият кон) може да се окаже най-добрият ни залог.
AM: Има ли една или две части от липсващи данни, които биха помогнали на класификацията да бъде по-добра за звездни кандидати?
MT: Понастоящем инфрачервените изображения с висока разделителна способност са липсващата част от данните, от която определено имаме нужда. Трябва да знаем дали тези звезди имат прашни дискове от отломки, които биха затруднили откриването на планети около тях.
Слънцето има значително количество зодиакален прах, тъй като Юпитер непрекъснато разбърква астероидния пояс и докато астероидите се сблъскват, те добавят прах към Слънчевата система.
Подобно ниво на прах около други звезди може да не съсипе шансовете ни да видим планети, но със сигурност бихме искали да сведем това до минимум.
AM: Какви са бъдещите ви планове за звезден списък в подкрепа на мисиите на Земната планета и Дарвин?
MT: Все още не съм представил моя „окончателен“ списък на научната работна група на TPF на 18 и 19 ноември в Военноморската обсерватория на САЩ, по време на среща с други, които създават свои собствени списъци.
Вече представих методиката си на групата, но сега ще се срещнем с инженери, които ще ни обяснят ограниченията на инструмента и ще трябва да прецизираме допълнително списъка, за да отговаряме на техните критерии.
Критериите им ще включват неща като: не може да има придружителна звезда в рамките на няколко арсекунди, дори ако спътникът не се грижи за стабилността на планетата, защото допълнителната светлина ще замърси зрителното поле; не може да гледа звезди по-слабо от около 6-та величина; може да гледа само звезди на поне ~ 60 градуса от Слънцето през цялата година и т.н.
AM: Пуснахте първия си каталог на обитаеми звезди през август тази година и има част втора към тази класификация. Какви са основните планове за част II от HabCat?
MT: Джил Тартър и аз наскоро изпратихме втора книга от целевия списък на SETI, която ще се появи в допълненията на Astrophysical Journal през декември. Този документ дава списък на стари, отворени клъстери с висока металичност, най-близките 100 звезди, независимо от звезден тип, и около 250 000 звезди от основната последователност от каталога на Tycho, всички от които ще бъдат наблюдавани от Allen Telescope Array (ATA), когато HabCat звезда не е достъпна за нас да я наблюдаваме.
Основният лъч на ATA ще бъде насочен от радиоастрономите и те ще правят карти с висока разделителна способност на собствените си цели, докато в същото време ще наблюдаваме звезди HabCat (или звезди от нашите списъци в Хартия 2) за SETI.
AM: И накрая, планират ли мисиите Kepler и TPF видовете подобрения, които биха довели до откриване на повече планети с размер на Земята, а не само на газови гиганти, за дадена звезда в техните проучвания?
MT: Да. Кеплер ще ни даде указание за това колко често се срещат земните планети, като наблюдава хиляди слънчеви звезди за „транзити“ - дори и когато планетата всъщност преминава пред звездата, която орбитира и временно блокира малко от светлината на звездата.
Наземният планетен търсач ще проследи това чрез действително изобразяване на планети, обикалящи около орбитите на най-близките звезди, и ни казва дали тези планети имат атмосфера, като вземат спектри.
Можем да търсим вода, кислород и въглероден диоксид и ако имаме късмет, може дори да видим някои преки индикации за живот под формата на вегетационен подпис или силна атмосферна неравновесие, като едновременно присъствие на кислород и метан (поради до едновременното присъствие на растения и метаногенни бактерии на Земята).
Какво следва
Всяка мисия за откриване и спектроскопско характеризиране на земните планети около други звезди трябва да бъде проектирана така, че да може да открива различни видове земни планети с полезен резултат. Подобни мисии са в процес на проучване - наземният планетен търсач (TPF), от НАСА, и Дарвин от ESA, Европейската космическа агенция. Основната цел на TPF / Darwin е да предостави данни на биолозите и атмосферните химици.
Концепцията TPF / Darwin зависи от предположението, че човек може да екранизира екстрасоларни планети за спектроскопска обитаемост. За да е валидно такова предположение, трябва да отговорим на следните въпроси. Какво прави планетата обитаема и как могат да бъдат изучавани дистанционно? Какви са разнообразните ефекти, които битата може да окаже върху спектрите на планетарните атмосфери? Какви лъжливи положителни резултати можем да очакваме? Какви са еволюционните истории на атмосферата? И най-вече какви са стабилни показатели за живота?
TPF / Дарвин трябва да изследва близките звезди за планетни системи, които включват планети с наземни размери в обитаемите им зони („подобни на Земята“ планети). Чрез спектроскопия TPF / Дарвин трябва да определи дали тези планети имат атмосфера и да установи дали са обитаеми.
Мисията Kepler също е планирана за изстрелване в слънчева орбита през октомври 2006 г. Kepler е предназначен като мисия за определяне на честотата на вътрешните планети в близост до обитаемата зона на широк спектър от звезди. Кеплер едновременно ще наблюдава 100 000 звезди в нашия галактически „квартал“, търсейки планети с размер на Земята или по-големи планети в „обитаема зона“ около всяка звезда - не твърде горещата, не твърде студена зона, където може да има течна вода планета.
За да подчертае трудностите при откриване на планета с размер на Земята, обикаляща около орбита на далечна звезда, главният изследовател на Kepler, Уилям Borucki от NASA Ames посочва, че ще са необходими 10 000 Земя, за да се покрие диска на Слънцето. Една от оценките на НАСА казва, че Кеплер трябва да открие 50 земни планети, ако повечето открити са с размер на Земята, 185 планети, ако повечето са с 30 процента по-големи от Земята и 640, ако повечето са 2,2 пъти по-големи от Земята. Освен това се очаква Кеплер да открие близо 900 гигантски планети близо до своите звезди и около 30 гиганта, орбитиращи на разстояние, подобно на Юпитер, от техните родителски звезди.
Тъй като повечето газови гигантски планети, открити досега в орбита много по-близо до своите звезди, отколкото Юпитер до Слънцето, Боруки вярва, че по време на мисията от четири до шест години Кеплер ще намери голяма част от планетите, доста близки до звездите. Ако това се окаже вярно, той казва: „Очакваме да намерим хиляди планети.“
Използвайки съвременните методи, днес астрономите биха били много трудни за откриване на планета с размер на Земята около звездата 37 Gem. Миналите анализи обаче изключиха някои възможности за избор. Например гигантска планета като нашия собствен Юпитер или Сатурн не орбитира около 37 Gem. Тези изследвания предполагат, че гигантските планети с една десета до 10 пъти по-голяма от масата на Юпитер не съществуват близо до 37 Gem (в рамките на 0,1 до четири астрономически единици или едно разстояние земя-слънце, AUs, виж също Cummings et al, 1999) , Поради предизвикателствата да намерите неясни планети в близост до много по-ярки звезди, почти всички открити досега екстрасоларни планети са като нашия собствен Юпитер - масивен, вероятно газообразен и едва ли ще създаде условия за живот поради близостта си до родителска звезда ,
Но условията около 37 Gem може да поддържат по-малки, вътрешни планети като Венера или Земя. Никой не знае. Само бъдещите проучвания ще разполагат с инструментариум, способен да открие такива планети, подобни на Земята.
Модели на звезди като 37 Gem, обаче подкрепят възможното съществуване на поне една стабилна орбита за планета, подобна на Земята (с течна вода), центрирана около едно разстояние земя-слънце (1,12 AU). Такава предполагаема планета би орбитирала между разстоянията на Земята и Марс в нашата Слънчева система. Тази неоткрита планета, ако може да бъде открита в бъдещи проучвания, ще има година, която продължава повече от 450 дни, или орбитален период от около 1,3 земни години.
Тъй като животът, генериращ кислород на Земята, отне около два милиарда години, звездите, много по-млади от това, вероятно нямаше да имат достатъчно време животът да се развие към някакви сложни форми. Като се имат предвид милиардите години, необходими за еволюцията на живота на земята, учените биха могли да поставят под въпрос дали животът ще има шанс в по-краткотрайна слънчева система. По-горещите, по-масивни звезди винаги се смятаха за по-малко вероятно да носят живот, но не и защото биха били твърде горещи. Планетите все още биха могли да се насладят на умерен климат, точно по-далеч от Земята е от Слънцето и по орбитите, по-далеч от собствената си родителска звезда. Първият проблем с обитаемостта е време, а не температура. Горещите звезди са склонни да изгарят по-бързо - може би твърде бързо, за да се развие животът там.
Оригинален източник: списание Астробиология
