Attēla kredīts: John Rowe
Zemei līdzīgu planētu meklēšana sākas ar saulainu zvaigžņu meklēšanu. Astronomei Maggijai Turnbullai tika lūgts izveidot īsu sarakstu ar trīsdesmit zvaigznēm kandidātēm, kas precīzi atbilda mūsu saulei, no kopējā saraksta 2350 zvaigznēm, kas atrodas simts gaismas gadu attālumā no mums. Šo īso sarakstu ar 37 Gem izmantos Zemes planētas meklētāja misija, kas meklēs apdzīvojamās planētas, meklējot skābekļa vai ūdens redzamo gaismu Zemei līdzīgā planētā - droša dzīvības zīme.
Trīsdesmit septītā rietumu lielākā zvaigznāja zvaigzne Dvīņi ir dzelteni oranža zvaigzne kā mūsu pašu saule. Zvaigzne tiek saukta par 37 Geminorum, bet astrofiziķei Margaret Turnbull zvaigzne ir īpaša, jo tā piedāvā gadījuma izpēti, lai apsvērtu, kas varētu tikt uzskatīts par labu kandidātu apdzīvojamo planētu izvietošanai.
Veidojot savu zvaigžņu sarakstu, kas varētu atbalstīt planētas ar šķidru ūdeni un skābekli, viņai jāizslēdz galējās saules: vai nu pārāk jaunas, vai pārāk vecas, kas griežas pārāk ātri vai kuras ir pietiekami mainīgas spilgtumā, lai izraisītu klimatisko haosu uz jebkura tuvējā pasaule.
Zvaigznei 37 Gem, kas atrodas 56,3 gaismas gadu attālumā, vēl nav jāparāda brīdinājuma zīmes par to, ka ir šādas planētas vai kādas citas planētas, bet nākotnes NASA un Eiropas teleskopi vēlas mērķēt zvaigznes tāpat kā 37 Gem, jo tās varētu dalīties dažas no tām pašām īpašībām, kas mūsu pašu Saules sistēmu padarīja apdzīvojamu. Līdz šim, izmantojot uz zemes bāzētus teleskopus, ir atrastas vairāk nekā 100 ekstrasolāru planētu, un aprēķini par šādu planētu kopskaitu mūsu galaktikā var sasniegt miljardos kandidātpasaulēs.
Strādājot no Arizonas Universitātes Tuksonā, Maggie Turnbull tika lūgts sastādīt īsu sarakstu ar trīsdesmit zvaigžņu kandidātiem, kuri visvairāk līdzinājās citām saulēm, kas spēj atbalstīt dzīves uzplaukuma apstākļus. Sākot meklēšanu zvaigznēs, kas atrodas mazāk nekā simts gaismas gadu attālumā, tika iegūtas apmēram 2350 zvaigznes, kuras vajadzētu apsvērt tālāk.
Turnbull nesen iepazīstināja ar saviem rezultātiem zinātnieku grupai no NASA kosmosa teleskopa projekta Terrestrial Planet Finder (TPF), kurš meklēs apdzīvojamās planētas, izmantojot redzamu gaismu ar ūdens un / vai skābekļa “parakstu” no Zemes - tipa planēta. Pēc TPF plānotās atklāšanas ap 2013. gadu sekos Eiropas Darvina projektam, kurā iesaistīti seši kosmosa teleskopi.
Zvaigžņu saraksts tika sarukts no vēl lielāka saraksta (17129 zvaigznes 450 gaismas gadu laikā jeb 140 parseli), ko Turnbulls un SETI institūta padomnieks Džils Tarters pirmo reizi publicēja Astrophysical Journal. Saraksts kļuva pazīstams kā tuvumā esošo Habitable Zvaigžņu sistēmu katalogs (vai HabCat). Viņu augustā publicētais raksts “SETI mērķa atlase: I. Tuvējo apdzīvojamo zvaigžņu sistēmu katalogs” paplašināja iepriekšējo kandidātu sarakstus gandrīz desmit reizes vai pēc kārtas.
Lai atbalstītu sarežģītu dzīvi, zvaigznei kandidātam ir jābūt pareizai krāsai, spilgtumam un vecumam. Ja tā ir tāda pusmūža zvaigzne kā mūsu pašu, tā būs izdegusi caur pietiekami sakausējamiem gaismas elementiem, lai iegūtu smagākus metālus, piemēram, dzelzi, bet ne tik veca, lai sabrūk vai ir tik jauna, ka dzīve ir tikai tāla nākotnes perspektīva. Balstoties uz to, kādus fragmentus mēs zinām par to, cik sarežģīta dzīve parādījās uz Zemes, Turnbull meklēšanas mērķis ir atrast zvaigžņu “Goldilocks”, kas šķiet “tieši labi”.
Tātad, kāpēc 37 Gem?
37 Geminorum atrodas Dvīņu zvaigznāja ziemeļrietumu daļā, kas nosaukta pēc Dvīņiem. Amatieru amatieriem ar labu piemājas teleskopu ir redzams 37 Gem. Grieķu mitoloģijā Dvīņi dvīņi kuģoja ar Džeisonu, meklējot Zelta vilnu; negaisa laikā dvīņi palīdzēja izglābt viņu kuģi ARGO no nogrimšanas, un tāpēc jūrnieki šo zvaigznāju ļoti novērtēja.
Lielākā daļa zvaigžņu, piemēram, Gem 37, ir sagrupētas nelielā skaitā spektrālo klašu, pamatojoties uz aptuveni to izstarotās gaismas krāsu. Saukts par Henrija Drapera katalogu, zvaigžņu apkopojumā ir uzskaitītas spektrālās klases septiņās plašās kategorijās, sākot no karstākajām līdz stilīgākajām zvaigznēm. Šos veidus temperatūras pazemināšanās secībā apzīmē ar burtiem O, B, A, F, G, K un M. Nomenklatūra sakņojas sen novecojušās idejās par zvaigžņu evolūciju, taču terminoloģija paliek. Mūsu saule, kas precīzāk klasificēta kā tipisks “G2V” punduris, ir aptuveni 4,5 miljardus gadu veca. Zvaigzne kandidāte, 37 Gem, ir līdzīgi pusmūža, bet nedaudz vecāka par miljardu gadu - 5,5 miljardi gadu.
Tādu G tipa zvaigžņu spektros, kā mūsu pašu (un 37 Gem), dominē noteikti ķīmiskie elementi, par kuriem liecina to raksturīgās spektrālās līnijas (vai emisijas). Visvairāk interesējošie elementi ir metāli, īpaši tiem, kam ir zvaigžņu paraksti, kas bagāti ar dzelzi, kalciju, nātriju, magniju un titānu. Astronomijas ziņā, salīdzinot ar mūsu saules klasifikāciju kā tipisku G2V punduri, 37 Gem virsmas temperatūra ir nedaudz karstāka. Tādējādi Turnbull galvenā izvēle - 37 Gem - tiek klasificēta kā G0V punduris, kas nozīmē, ka tā ir arī dzelteni oranža galvenās kārtas punduru zvaigzne. Tā kā G zvaigznēm ir raksturīga šo metālisko līniju klātbūtne un vāji ūdeņraža spektri, tām ir kopīgs vecums, masa un spožums.
Pretējā gadījumā 37 Gem ir tuvu mūsu pašu Saules dvīņiem vai Dvīņiem līdzīgiem Saules ekvivalentiem: 1,1 reizes pārsniedz mūsu Saules masu, 1,03 reizes pārsniedz tās diametru un 1,25 reizes pārsniedz to spožumu.
Gaismas spuldzes ir “varbūt vissvarīgākā informācija”, Turnbull sacīja Astrobiology Magazine “mēs izmantojam, nosakot tuvējo zvaigžņu apdzīvojamību” sarežģītai dzīvei, jo gaišums norāda, kurā dzīves posmā zvaigzne atrodas, un tas, savukārt, nosaka, cik ilgi zvaigzne paliks stabila.
Žurnālam Astrobiology bija iespēja sarunāties ar Maggie Turnbull Stjuares observatorijā Tuksonā par to, kā izvēlēties zvaigžņu kandidātus apdzīvošanai.
Žurnāls Astrobiology (AM): Jūsu nesen veiktā aptauja sāka skatīties aptuveni 100 gaismas gadu attālumā no mūsu Saules, un vai visas zvaigznes ir vērstas uz iekšu no šī rādiusa, vai ne? Tā bija meklēšanas sākšanas vizuālā sfēra?
Margareta Turnbulla (MT): 30 parsešos (90 gaiši gari) ir apmēram 2350 Hipparcos zvaigznes
gadi), maksimālais attālums Zemes planētas meklētāja (TPF) misijai. Šajā attālumā ir apmēram 5000 zvaigžņu, bet mēs skatāmies tikai uz Hipparcos zvaigznēm, tāpēc mans sākuma saraksts ir 2350 zvaigznes garš.
AM: Vai jūs kādreiz esat saņēmis piemājas teleskopu, lai redzētu 37 Gem?
MT: Tam noteikti vajadzētu būt redzamam ar piemājas teleskopu, bet nē, es to neesmu apskatījis savām acīm! Tā kā fotometrija (mēra tā spilgtumu) un spektroskopija (mēra tā sastāvu), ko esmu apskatījusi, es jūtos kā “to zinu”, nekad to neredzot.
Tomēr ir vairāk novērojumu, kas jādara attiecībā uz 37 Gem. Piemēram, mums ir jāveic šīs zvaigznes augstas izšķirtspējas infrasarkanais attēlveidošana, pirms mēs varam teikt, ka tai vajadzētu būt mērķim - ja mēs atklājam, ka apkārt peld daudz gružu, mums tas būs jāsvītro no saraksta.
AM: Vai zvaigzne, 37 Gem, bija daudz atšķirīga no trīsdesmit labāko kandidātu saraksta otrā numura?
MT: Patiesībā visas “labākās” zvaigznes ir ļoti līdzīgas viena otrai, un patiesībā nav daudz jēgas mēģināt tās sarindot. 37 Gem ir viena no vistuvākajām zvaigznēm, kas arī atbilst inženiertehniskajiem kritērijiem, tāpēc šajā laikā tas izskatās kā ļoti labs kandidāts TPF meklēšanai.
AM: Tikai no ziņkārības viedokļa, kura zvaigzne oficiāli bija otrā sarakstā?
MT: Kad jūs skatāties tikai uz trīsdesmit zvaigznēm, tās visas labāk ir “numur viens”. Tas ir, katrai zvaigznei, kuru novērojam, ir jābūt primārai misijas interesei, jo mums nav laika tērēt. Mēs joprojām precīzi nosakām galveno misijas mērķi.
Ja mērķis ir aplūkot spektrālo tipu diapazonu, tad augstākajās zvaigznēs var ietilpt ļoti tuvu esošās K vai M zvaigznes, bet, ja mērķis ir apskatīt 30 vissaules ziņā līdzīgākās zvaigznes, tad tādas zvaigznes kā 18 Sco (saules dvīņi 14 parsešos Scorpius zvaigznājā), beta CVn (“kurts”) vai 51 Peg (“Pegasus”, lidojošais zirgs), iespējams, būs mūsu labākās likmes.
AM: Vai ir viens vai divi trūkstoši dati, kas palīdzētu labāk klasificēt zvaigznītes?
MT: Šajā laikā trūkst datu, kas mums noteikti vajadzīgs, ar augstas izšķirtspējas infrasarkano staru attēlveidošanu. Mums jāzina, vai šīm zvaigznēm ir putekļaini gružu diski, kas apgrūtinātu tur esošo orbītā esošo planētu noteikšanu.
Saule satur ievērojamu daudzumu zodiaka putekļu, jo Jupiters nepārtraukti maisa asteroīda jostu un, asteroīdiem saduroties, tie pievieno putekļus Saules sistēmai.
Līdzīgs putekļu līmenis ap citām zvaigznēm varētu nesabojāt mūsu iespējas redzēt planētas, taču mēs noteikti vēlamies to samazināt līdz minimumam.
AM: Kādi ir jūsu nākotnes plāni zvaigžņu sarakstam, atbalstot Zemes planētas meklētāja un Darvina misijas?
MT: Es vēl neesmu prezentējis savu “galīgo” sarakstu TPF zinātnes darba grupai 18. un 19. novembrī ASV Jūras observatorijā, tikšanās laikā ar citiem, kas veido savus sarakstus.
Es jau esmu iepazīstinājis grupu ar savu metodoloģiju, bet tagad mēs tiksimies ar inženieriem, kuri mums paskaidros instrumenta ierobežojumus, un mums būs vēl vairāk jāpilnveido saraksts, lai pielāgotos viņu kritērijiem.
Viņu kritēriji ietvers tādas lietas kā: nevar būt pavadošās zvaigznes vairāku loka sekunžu laikā pat tad, ja pavadonis neuztraucas par planētas stabilitāti, jo papildu gaisma piesārņos redzes lauku; nevar skatīties uz zvaigznēm zemāk par apmēram 6. pakāpi; visu gadu var skatīties tikai uz zvaigznēm vismaz ~ 60 grādu attālumā no Saules utt.
AM: Jūs publicējāt savu pirmo apdzīvojamo zvaigžņu katalogu šā gada augustā, un šai klasifikācijai ir otrā daļa. Kādi ir galvenie plāni HabCat II daļai?
MT: Jill Tarter un es nesen iesniedzām otro dokumentu par SETI mērķa sarakstu, kas decembrī parādīsies Astrophysical Journal Supplements. Šajā rakstā sniegts veco, ļoti metālisko atvērto klasteru saraksts, tuvākās 100 zvaigznes neatkarīgi no zvaigžņu veida un apmēram 250 000 galvenās secības zvaigznes no Tycho kataloga, kuras visas novēros Allena teleskopa masīvs (ATA) ikreiz, kad HabCat zvaigzne mums nav pieejama, lai novērotu.
Primāro ATA staru kūli norādīs radioastronomi, un viņi veidos ļoti augstas izšķirtspējas kartes saviem mērķiem, tajā pašā laikā SETI novērojot HabCat zvaigznes (vai zvaigznes no mūsu sarakstiem 2. dokumentā).
AM: Visbeidzot, vai misijas, Keplers un TPF, plāno tādu uzlabojumu veidus, kas ļautu noteikt vairāk Zemes planētas, ne tikai gāzes gigantu, attiecīgajai zvaigznei viņu apsekojumos?
MT: Jā. Keplers mums parādīs, cik izplatītas ir zemes planētas, vērojot tūkstošiem saules līdzīgu zvaigžņu “tranzītu” - līmeņus, kur planēta patiesībā iet priekšā zvaigznei, kurai tā riņķo, un īslaicīgi nedaudz bloķē zvaigznes gaismu.
Zemes planētas meklētājs sekos tam, faktiski attēlojot planētas, kas riņķo ap tuvākajām zvaigznēm, un, spektriem ņemot, mums pastāstīs, vai šīm planētām ir atmosfēras.
Mēs varam meklēt ūdeni, skābekli un oglekļa dioksīdu, un, ja mums paveicas, mēs varam redzēt arī dažas tiešas dzīves norādes veģetācijas paraksta vai stipra atmosfēras nelīdzsvarotības veidā, piemēram, skābekļa un metāna vienlaicīgu klātbūtni ( augu un metanogenu baktēriju vienlaicīgai klātbūtnei uz Zemes).
Ko tālāk
Jebkura sauszemes planētu noteikšanas un spektroskopijas raksturošana ap citām zvaigznēm jāprojektē tā, lai ar tām varētu atklāt dažāda veida sauszemes planētas ar lietderīgu iznākumu. Tagad tiek pētītas šādas misijas - NASA veikusi Zemes planētas meklētāju (TPF) un Eiropas Kosmosa aģentūra - ESA Darvins. TPF / Dārvina galvenais mērķis ir sniegt datus biologiem un atmosfēras ķīmiķiem.
TPF / Darvina koncepcija balstās uz pieņēmumu, ka spektroskopiski var ekstrasolāru planētu ekranizēt. Lai šāds pieņēmums būtu pamatots, mums ir jāatbild uz šādiem jautājumiem. Kas padara planētu apdzīvojamu un kā tos var pētīt attālināti? Kāda ir daudzveidīgā ietekme, ko biota var radīt uz planētas atmosfēras spektriem? Kādas viltus pozitīvas lietas mēs varētu gaidīt? Kādas varētu būt atmosfēras evolūcijas vēstures? Un jo īpaši, kādi ir stabili dzīves rādītāji?
TPF / Darvinam jāapseko tuvumā esošās zvaigznes planētu sistēmām, kurās apdzīvojamās zonās ir zemes lieluma planētas (“Zemei līdzīgas” planētas). Ar spektroskopijas palīdzību TPF / Darvinam ir jānosaka, vai šīm planētām ir atmosfēra, un jāpārliecinās, vai tās ir apdzīvojamas.
Keplera misiju paredzēts uzsākt arī saules orbītā 2006. gada oktobrī. Kepler ir paredzēts kā misija, lai noteiktu iekšējo planētu biežumu netālu no plaša zvaigžņu diapazona apdzīvojamās zonas. Keplers vienlaikus novēros 100 000 zvaigžņu mūsu galaktikas “apkārtnē”, meklējot Zemes lieluma vai lielākas planētas “apdzīvojamā zonā” ap katru zvaigzni - ne pārāk karstu, ne pārāk aukstu zonu, kur varētu atrasties šķidrs ūdens planēta.
Lai uzsvērtu grūtības atklāt Zemes lieluma planētu, kas riņķo ap tālu zvaigzni, Keplera galvenais pētnieks Viljams Borucki no NASA Ames norāda, ka Saules diska aizsegšanai vajadzēs 10 000 Zemes. Saskaņā ar vienu NASA aplēsi Kepleram vajadzētu atklāt 50 sauszemes planētas, ja vairums no tām ir aptuveni Zemes izmēra, 185 planētas, ja lielākā daļa ir par 30 procentiem lielākas nekā Zeme, un 640 planētas, ja lielākā daļa ir atrasta Zeme, un 640, ja lielākā daļa ir 2,2 reizes lielākas par Zemes. Turklāt sagaidāms, ka Keplers atradīs gandrīz 900 milzu planētas tuvu savām zvaigznēm un apmēram 30 milžus, kuri riņķo Jupiteram līdzīgā attālumā no vecāku zvaigznēm.
Tā kā lielākā daļa gāzes milzu planētu, kas līdz šim atradās orbītā daudz tuvāk zvaigznēm, nekā Jupiters to dara Saulei, Borucki uzskata, ka četru līdz sešu gadu misijas laikā Keplers atradīs lielu daļu planētu, kas atrodas diezgan tuvu zvaigznēm. Ja tas izrādīsies taisnība, viņš saka: "Mēs sagaidām, ka atradīsim tūkstošiem planētu."
Izmantojot pašreizējās metodes, astronomiem mūsdienās būtu ļoti grūti noteikt Zemes lieluma planētu ap zvaigzni 37 Gem. Iepriekšējās analīzes tomēr ir izslēgušas dažas izvēles iespējas. Piemēram, tāda milzu planēta kā mūsu pašu Jupiters vai Saturns neapriņķo ap 37 dārgakmeņiem. Šie pētījumi liecina, ka milzu planētas, kuru Jupitera masa ir desmitā līdz desmit reizes lielāka, neeksistē tuvu 37 Gem (no 0,1 līdz četrām astronomiskām vienībām vai viena zemes-saules attāluma AU), sk. Arī Cummings et al, 1999). . Tā kā ir grūti atrast blāvas planētas daudz spilgtāku zvaigžņu tuvumā, gandrīz visas līdz šim atrastās ekstrasolāru planētas ir līdzīgas mūsu pašu Jupiteram - masīvas, iespējams, gāzveida un, visticamāk, neatrodas dzīves apstākļos, jo tās ir tuvu mātes zvaigznei. .
Bet apstākļi ap 37 Gem varētu atbalstīt mazākas iekšējās planētas, piemēram, Venera vai Zeme. Neviens nezin. Tikai turpmākiem apsekojumiem būs instrumenti, kas spēs atrast šādas Zemei līdzīgas planētas.
Zvaigžņu modeļi, piemēram, 37 Gem, tomēr atbalsta vismaz vienas stabilas orbītas pastāvēšanu Zemei līdzīgai planētai (ar šķidru ūdeni), kuras centrs ir ap vienu zemes un saules attālumu (1,12 AU). Šāda domājamā planēta mūsu Saules sistēmā riņķotu orbītā starp Zemes un Marsa attālumiem. Šai neatklātajai planētai, ja to var atklāt turpmākajos pētījumos, būtu gads, kas ilgst vairāk nekā 450 dienas, vai orbītas periods būtu aptuveni 1,3 Zemes gadi.
Tā kā skābekli radošās dzīvības uz Zemes sagrābšana aizņēma apmēram divus miljardus gadu, daudz jaunākām zvaigznēm, visticamāk, nebūtu bijis pietiekami daudz laika, lai dzīvība izvērstos sarežģītās formās. Ņemot vērā miljardiem gadu, kas nepieciešami dzīvības evolūcijai uz Zemes, zinātnieki varēja apšaubīt, vai dzīvei būtu iespēja īsākā laika posmā pavadītā Saules sistēmā. Karstākas, masīvākas zvaigznes vienmēr tiek uzskatītas par mazāk ticamām dzīves iespējām, bet ne tāpēc, ka tās būtu pārāk karstas. Planētas joprojām varēja baudīt mērenu klimatu, tikai tālāk nekā Zeme atrodas no Saules un orbītā tālu no pašas vecāku zvaigznes. Pirmā apdzīvojamības problēma ir saistīta ar laiku, nevis ar temperatūru. Karstākas zvaigznes mēdz izdegt ātrāk - iespējams, pārāk ātri, lai tur attīstītos dzīvība.
Oriģinālais avots: žurnāls Astrobiology
