Кредит зображення: Джон Роу
Пошук планет, подібних до Землі, починається з пошуку сонцеподібних зірок. Астронома Меггі Тернбулла було запропоновано скласти короткий список із тридцяти зірок-кандидатів, які тісно відповідали нашому ВС із загального списку 2350 зірок, що знаходяться за сто світлових років від нас. Цей короткий список, включаючи 37 дорогоцінних каменів, буде використовуватися місією Земного пошуку планети, яка здійснюватиме пошук населених планет, шукаючи видиме світло кисню або води на планеті, що нагадує Землю - вірний знак життя.
Тридцять сьома найзахідніша зірка в сузір'ї Близнюки - це жовто-оранжева зірка, як наше власне сонце. Зірку називають 37 Geminorum, але для астрофізики Маргарет Тернбулл, зірка є особливою, оскільки вона пропонує тематичне дослідження для розгляду того, що може бути сприятливим кандидатом на прийом житлових планет.
Створюючи свій список зірок, які можуть підтримувати планети з рідкою водою та киснем, вона повинна виключати екстремальні сонці: або занадто молоді, або занадто старі, які обертаються занадто швидко, або які досить мінливі по яскравості, щоб викликати кліматичний хаос на будь-якому сусідній світ.
На відстані 56,3 світлових років зірка 37 Gem ще не показала знакових ознак наявності таких планет чи будь-яких планет - але майбутні телескопи НАСА та Європи шукають націлити на зірок так само, як 37 Дем, оскільки вони можуть поділитися деякі ті самі властивості, які зробили нашу власну сонячну систему придатною для проживання. Поки що з використанням наземних телескопів було знайдено понад 100 позасонячних планет, і оцінка загальної кількості таких планет у нашій галактиці може скласти мільярди кандидатів.
Працюючи з університету штату Арізона в Таксоні, Меггі Тернбулл попросили скласти короткий список кандидатів із тридцяти зірок, які найбільше нагадують інших сонців, здатних підтримувати умови для процвітання життя. Почавши її пошук серед зірок, що знаходяться менше ста світлових років, дало близько 2350 зірок для подальшого розгляду.
Нещодавно Тернбулл представив свої результати групі вчених з проекту космічного телескопа NASA - Земного пошуку планети (TPF), який буде шукати житлові планети за допомогою видимого світла з "підписом" води та / або кисню з Землі, тип планети. Після запланованого запуску TPF приблизно в 2013 році, буде проект європейського Дарвіна за участю шести космічних телескопів.
Зоряний список був зібраний з ще більшого списку (17 129 зірок протягом 450 світлових років або 140 парсексів), який Тернбулл та радник Джилл Тартер з Інституту SETI вперше опублікували в Astrophysical Journal. Список став відомий як Каталог сусідніх зоряних систем поблизу (або HabCat). Їх стаття, опублікована в серпні під назвою «Вибір цілі для SETI: I. Каталог сусідніх зоряних систем», розширила попередні списки кандидатів майже в десятки разів або на порядок.
Для підтримки складного життя кандидат-зірка повинна бути правильного кольору, яскравості та віку. Якщо це зірка середнього віку, як наша власна, вона перегорить через досить легкоплавких легких елементів, щоб отримати важчі метали, як залізо, але не настільки старі, що руйнуються або настільки молоді, що життя є лише віддаленою перспективою майбутнього. Виходячи з того, які фрагменти ми знаємо про те, як склалося життя на Землі, пошук Тернбулла має на меті знайти «Золотих зірок» зірок, які здаються «цілком правильними».
То чому 37 Gem?
37 Гемінорум лежить у північно-західній частині сузір'я Близнюків, названого на честь Близнюків. Для астрономів-любителів із хорошим телескопом на задньому дворі видно 37 самоцвітів. У грецькій міфології близнюки Близнюки пливли разом з Джейсоном у пошуках Золотого Руна; під час шторму близнюки допомогли врятувати свій корабель ARGO від затоплення, і тому сузір’я стало багато цінувати моряків.
Більшість зірок, як Gem 37, згруповані в невелику кількість спектральних класів, грунтуючись приблизно на кольорі світла, який вони випромінюють. Зоряний збірник, названий каталогом Генрі Дрейпера, перераховує спектральні класи у семи широких категоріях - від найгарячіших до найкрутіших зірок. Ці типи позначаються в порядку зниження температури літерами O, B, A, F, G, K і M. Номенклатура вкорінена в давно застарілих уявленнях про еволюцію зірки, але термінологія залишається. Нашому сонечку, класифікованому в тонших масштабах як типовий карлик "G2V", приблизно 4,5 мільярда років. Зірка-кандидат, 37 Джем, аналогічно середнього віку, але дещо старша на мільярд років, на 5,5 мільярда років.
У спектрах зірок типу G, таких як наші власні (і 37 Gem), переважають певні хімічні елементи, про що сигналізують їх характерні спектральні лінії (або викиди). Елементи, які найбільше цікавлять, - це метали, особливо для зірок, багатих залізом, кальцієм, натрієм, магнієм та титаном. В астрономічному плані порівняно з класифікацією нашого сонця як типовим карликом G2V, 37 Gem має дещо гарячу поверхневу температуру. Таким чином, основний вибір Тарнбулла - 37 Gem– каталогізований як гном G0V - це означає, що вона є також жовто-оранжевою карликовою зіркою основної послідовності. Оскільки G-зірки характеризуються наявністю цих металічних ліній та слабким спектром водню, вони поділяють загальний вік, масу та світність.
В іншому випадку 37 Самоцвітів близькі до нашого сонячного близнюка, або подібного до Близнюків аналога Сонця: в 1,1 рази більше маси нашої Сонця, в 1,03 рази більше її діаметра і в 1,25 рази більше від його освітленості.
Світловість - це "чи не найважливіша інформація", - сказав Тернбулл з журналу "Астробіологія", "ми використовуємо для визначення придатності довколишніх зірок" для складного життя, оскільки світність свідчить про те, в якій фазі життя перебуває зірка, а це, в свою чергу, диктує, скільки триває зірка залишиться стабільною.
Журнал з астробіології мав можливість поговорити з Меггі Тернбулл в обсерваторії Стюарда в Таксоні про те, як вибрати зоряних кандидатів для проживання.
Журнал з астробіології (AM): Ваше недавнє опитування почало дивитися на відстані 100 світлових років від нашого Сонця, і всі зірки всередину від цього радіуса, правда? Це була візуальна сфера для початку пошуку?
Маргарет Тернбулл (MT): Налічується близько 2350 зірок Гіппаркоса в межах 30 парсекс (90 світла)
років), максимальна відстань для місії Земного пошуку планети (TPF). На цій відстані близько 5000 загальних зірок, але ми дивимось лише на зірки Гіппаркоса, тому мій стартовий список становить 2350 зірок.
AM: Ви коли-небудь добиралися заднього двору телескопа, щоб побачити 37 Gem?
MT: Це, безумовно, повинно бути видно на задньому дворі телескопом, але ні, я не дивився на це своїми очима! Через фотометрію (вимірюючи її яскравість) і спектроскопію (вимірюючи її склад), на яку я подивився, я відчуваю, що "знаю" її, не бачачи ніколи.
Однак для 37 Gem слід зробити ще спостереження. Наприклад, нам потрібно здійснити інфрачервоне зображення з високою роздільною здатністю цієї зірки, перш ніж ми зможемо сказати, що це повинно бути ціллю - якщо ми виявимо, що навколо плаває багато сміття, нам доведеться зняти його зі списку.
AM: Чи сильно відрізнялася зірка, 37 Gem, від другого у списку тридцяти найкращих кандидатів?
MT: Насправді, "найкращі" зірки дуже схожі між собою, і насправді не має сенсу намагатися їх класифікувати. 37 Gem - це одна з найближчих зірок, яка також відповідає інженерним критеріям, тому в цей час це виглядає як дуже хороший кандидат для пошуку TPF.
AM: Тільки з цікавості, яка зірка офіційно була другою у списку?
MT: Коли ви тільки будете дивитись на тридцять зірок, всі вони краще бути «номером один». Тобто, кожна зірка, яку ми спостерігаємо, повинна бути першочерговою для місії, оскільки ми не маємо часу витрачати. Ми все ще в процесі точного визначення основної мети місії.
Якщо мета полягає в тому, щоб переглянути спектр спектральних типів, то до верхніх зірок можуть входити дуже сусідні зірки K або M, але якщо мета - подивитися на 30 найбільш схожих на Сонце зірок, то зірки, як 18 Sco (сонячна сонячна енергія близнюк з 14 парсексом у сузір’ї Скорпіона), бета-CVn («гончак») або 51 Пег («Пегас», літаючий кінь) можуть виявитись нашими найкращими ставками.
AM: Чи є один-два фрагменти відсутніх даних, які допомогли б класифікації відточити кращих кандидатів зірок?
MT: В даний час інфрачервоне зображення з високою роздільною здатністю - це відсутність даних, які нам точно потрібні. Ми повинні знати, чи є у цих зірок запилені диски із сміттям, які б ускладнювали виявлення орбіт планет.
Сонце має велику кількість зодіакального пилу, тому що Юпітер постійно перемішує пояс астероїдів, і при зіткненні астероїдів вони додають пил до Сонячної системи.
Подібний рівень пилу навколо інших зірок може не зруйнувати наші шанси побачити планети, але ми, звичайно, хотіли б звести це до мінімуму.
AM: Які ваші майбутні плани зіркового списку на підтримку місій Земного пошуку планети та Дарвіна?
MT: Я ще не представив свого "остаточного" списку науковій робочій групі TPF 18 та 19 листопада у Військово-морській обсерваторії США під час зустрічі з іншими, хто створює свої власні списки.
Я вже представив свою методологію групі, але зараз ми будемо зустрічатися з інженерами, які пояснюватимуть нам обмеження інструменту, і нам доведеться додатково уточнити список, щоб відповідати їх критеріям.
Їх критерії включатимуть такі речі, як: не можна мати зірку-супутника протягом декількох дугових секунд, навіть якщо супутник не турбується про стабільність планети, оскільки додаткове світло забруднить поле зору; не можна дивитись на зірки слабкіші приблизно на 6-ю величину; можна лише дивитись на зірки щонайменше ~ 60 градусів від Сонця протягом усього року тощо.
AM: Ви опублікували свій перший каталог житлових зірок у серпні цього року, і там є частина друга до цієї класифікації. Які основні плани на ІІ частину HabCat?
MT: Джилл Тартер і я нещодавно подали другий документ із цільового списку SETI, який з’явиться в Доповненні журналу Астрофізичний журнал у грудні. У цьому документі подано список старих відкритих кластерів з високою металічністю, найближчих 100 зірок незалежно від зоряного типу, і близько 250 000 зірок головної послідовності з Каталогу Тихо, які будуть спостерігатись з Аллен-телескопного масиву (ATA) кожного разу, коли HabCat зірка недоступна для нас для спостереження.
Первинний промінь ATA буде вказувати радіоастрономами, і вони будуть робити карти дуже високої роздільної здатності власних цілей, в той же час ми спостерігатимемо зірки HabCat (або зірки з наших списків у документі 2) для SETI.
AM: Нарешті, чи планують місії, Кеплер та ТПФ, види покращення, які дадуть змогу виявити більше планет розміром із Землею, а не лише газових гігантів для даної зірки у своїх дослідженнях?
MT: Так. Кеплер дасть нам вказівку на те, наскільки поширені планети Землі, спостерігаючи за тисячами сонячних зірок за «транзитами» - івент, де планета насправді проходить перед зіркою, яка обертається в орбіту, і тимчасово блокує трохи світла зірки.
Земний пошук планети простежить за цим, фактично зображаючи планети на орбіті найближчих зірок, і повідомляє нам, чи мають ці планети атмосферу, беручи спектри.
Ми можемо шукати воду, кисень та вуглекислий газ, і якщо нам пощастить, ми навіть можемо побачити деякі прямі вказівки на життя у вигляді знаку рослинності чи сильної атмосферної нерівноваги, такі як одночасна присутність кисню та метану (за рахунок до одночасної присутності рослин і метаногенних бактерій на Землі).
Що далі
Будь-яка місія з виявлення та спектроскопічної характеристики земних планет навколо інших зірок повинна бути розроблена таким чином, щоб вона могла виявити різні типи планет земної кулі з корисним результатом. Зараз такі місії вивчаються - Земний пошук планети (TPF), НАСА, а Дарвін - Європейське космічне агентство. Основна мета TPF / Дарвіна - надання даних біологам та хімікам атмосфери.
Концепція TPF / Дарвіна залежить від припущення, що можна екранізувати екстрасолярні планети для спектроскопічного проживання. Щоб таке припущення було дійсним, ми повинні відповісти на наступні запитання. Що робить планету заселеною та як їх можна вивчати віддалено? Які різноманітні ефекти, які може вплинути на біоту на спектри планетарних атмосфер? Яких помилкових позитивів ми можемо очікувати? Якими можуть бути еволюційні історії атмосфер? І, особливо, які надійні показники життя?
TPF / Дарвін повинні оглянути сусідні зорі на предмет планетарних систем, які включають планети наземного розміру в їхні мешкаючі зони (планети, подібні до Землі). За допомогою спектроскопії TPF / Дарвін повинні визначити, чи мають ці планети атмосферу, і встановити, чи є вони мешкаючими.
Місія Кеплера також планується запустити на сонячну орбіту в жовтні 2006 року. Кеплер призначений як місія визначення частоти внутрішніх планет поблизу заселеної зони широкого кола зірок. Кеплер буде одночасно спостерігати 100000 зірок у нашому галактичному "мікрорайоні", шукаючи планети розміром із Землею чи більші планети в межах "житлової зони" навколо кожної зірки - не надто гарячої, не надто холодної зони, де може існувати рідка вода планети.
Щоб виділити складність виявлення планети розміром Землі на орбіті далекої зірки, головний дослідник Кеплера Вільям Боруцкі з NASA Ames вказує, що для покриття диска Сонця знадобиться 10 000 Землі. Одна оцінка NASA говорить, що Кеплер повинен виявити 50 земних планет, якщо більшість знайдених розмірів Землі мають розмір, 185 планет, якщо більшість на 30 відсотків більше, ніж Землі, і 640, якщо більшість у 2,2 рази перевищує розміри Землі. Крім того, очікується, що Кеплер знайде майже 900 планет-гігантів, близьких до зірок, і близько 30 гігантів, що орбітують на Юпітеровій відстані від батьківських зірок.
Оскільки більшість планет-гігантів, знайдених досі на орбіті набагато ближче до своїх зірок, ніж Юпітер до Сонця, Боруцький вважає, що під час чотири- до шестирічної місії Кеплер знайде велику частку планет досить близько до зірок. Якщо це виявиться правдою, він каже: "Ми розраховуємо знайти тисячі планет".
Використовуючи нинішні методи, сьогодні астрономам буде дуже важко виявити планету розміру Землі навколо зірки 37 Gem. Проте минулі аналізи виключили деякі варіанти. Наприклад, планета-гігант, як наш власний Юпітер або Сатурн, не обертається навколо 37 Гем. Ці дослідження свідчать про те, що планети-гіганти на десяту-10-кратну масу Юпітера не існують близько 37 Гем (в межах від 0,1 до чотирьох астрономічних одиниць або одна відстань земля-сонце, АС, див. Також Cummings et al, 1999) . Через проблеми пошуку тьмяних планет поблизу набагато яскравіших зірок майже всі знайдені до цього часу екстрасолярні планети схожі на наш власний Юпітер - масивний, ймовірно газоподібний, і навряд чи зможуть створити умови для життя через їх близькість до материнської зірки .
Але умови близько 37 дорогоцінних каменів можуть підтримувати менші внутрішні планети, такі як Венера або Земля. Ніхто не знає. Тільки майбутні дослідження матимуть прилади, здатні знаходити такі планети, як Земля.
Однак такі моделі зірок, як 37 Gem, підтримують можливе існування принаймні однієї стабільної орбіти для Землеподібної планети (з рідкою водою), зосередженої навколо однієї відстані земля-сонце (1,12 АС). Така імовірна планета орбітала між відстанями Землі та Марса в нашій Сонячній системі. Ця невидана планета, якщо її можна буде виявити в майбутніх дослідженнях, матиме рік, який триватиме більше 450 днів, або орбітальний період близько 1,3 земних років.
Оскільки життя, що генерує кисень на Землі, зайняло близько двох мільярдів років, зірки, набагато молодші за це, швидше за все, не мали б достатнього часу для життя, щоб розвиватися до будь-яких складних форм. Враховуючи мільярди років, необхідні для еволюції життя на Землі, вчені можуть поставити під сумнів, чи не буде життя шанс у короткожившій Сонячній системі. Гарячіші, масивніші зірки завжди вважалися менш шансами на життя, але не тому, що їм було б занадто жарко. Планети все ще могли насолоджуватися помірним кліматом, трохи далі, ніж Земля від Сонця, а на орбітах далі від власної батьківської зірки. Перша проблема заселеності - це час, а не температура. Гарячі зірки, як правило, вигоряють швидше - можливо, занадто швидко, щоб життя там розвивалося.
Оригінальне джерело: Журнал з астробіології
