Rađajte svjetove - egzoplanete

Kada je svemirski teleskop Kepler u listopadu 2013. zbog kvara završio svoju misiju započetu u ožujku 2009., znanstvenici su glasno izrazili zadovoljstvo njegovim postignućima. No, pokazalo se da avantura lova na planete tu nije završila. Ne samo zato što Kepler ponovno emitira, već i zbog mnogih novih načina za njihovo otkrivanje.

Teleskop, koji je kružio u heliocentričnoj orbiti, to jest, rotirajući oko Sunca poput Zemlje, morao je istražiti sjaj 150 1. Sunčevih zvijezda koje obrubljuju zviježđa Labuda i Lute (XNUMX). Nekoliko godina dosljedno je slao signale o naknadnim otkrićima. esoplanet.

Među prvima su bili Kepler-4b, 5b, 6b, 7b i 8b. Svaki od njih se okreće oko svoje zvijezde na maloj udaljenosti od nje (godina na ovim planetima je samo nekoliko dana). Svi su ogromni - otprilike četiri puta veći od Zemlje (Kepler-4b ima polumjer od 1,5 Jupiterovih polumjera). Prva otkrića potvrdila su dosadašnje pretpostavke o zajednici planeta u svemiru.

Međutim, radilo se o nezemaljskim objektima, pa nije bilo senzacije. U rujnu 2011. godine istraživači Instituta SETI u Kaliforniji, analizirajući podatke s Keplera, otkrili su sustav Kepler-16 (200 svjetlosnih godina od Zemlje).

Sastoji se od dvije zvijezde - crvenog patuljka mase 0,2 mase našeg Sunca i narančastog patuljka (mase 0,62 mase našeg Sunca), oko kojeg se vrti div Jupiterovog tipa.

1. Trenutačno područje traženja egzoplaneta

Bio je to prvi binarni zvjezdani sustav s planetom otkrivenim takozvanim tranzitima. Ona leži u činjenici da kada se satelitski planet zvijezde kreće ispred njenog diska, to uzrokuje njegovo periodično zatamnjenje (oduzima dio njenog zračenja). Analizirajući intenzitet i trajanje ove pojave, možete izračunati radijus planeta i razdoblje njegove primjene.

U prosincu 2011. stigla je vijest da je Kepler otkrio dva planeta, jedan veličine Zemlje i jedan manji u sustavu Kepler-20 koji se nalazi u Lutu, udaljenom 950 svjetlosnih godina, s pet planeta, od kojih je Kepler-20e manji od Venera, radijus Keplera-20f je skoro jednak polumjeru Zemlje. Nažalost, nijedan od ovih planeta ne leži u tzv. naseljivoj zoni, odnosno području oko zvijezda (ne preblizu njih), pogodnom za život, gdje može postojati tekuća voda.

Ovo područje često se naziva i "zonom Zlatokose", misleći na motive popularne dječje bajke. To je "baš za život". Međutim, Kepler-20e i 20f nisu u ovoj e-zoni, preblizu su svojoj zvijezdi, a njihova površinska temperatura je 500-760°C. Kao što vidite, napetost je rasla, ali još smo bili ispred vrhunca kozmičkog spektakla koji nam je priuštio teleskop.

Nakon prve dvije godine njegova rada, istraživači su prepoznali da iako je Kepler otkrio nove planete, to su najčešće tijela nekoliko puta veća od Zemlje i obično kruže vrlo blizu svojih matičnih zvijezda. Godine 2013. Kepler je konačno pronašao ono zbog čega su srca drugih tragača za Zemljom brže kucala.

U sustavu Kepler-62, koji se sastoji od narančastog patuljka (70 posto mase našeg Sunca) i pet planeta, dva - Kepler-62e i Kepler-62f - tek su nešto masivnija od Zemlje i leže u zoni pogodnoj za život. . 62f ima radijus od 1,4 polumjera Zemlje, stjenoviti je planet i obiđe svoju zvijezdu za 267 dana. Prije godinu dana, pak, svjetskim su medijima bljesnule fantazije o pojavi planeta Kepler-186f u zviježđu Labuda, sljedećeg na popisu "druge Zemlje".

Svoju slavu duguje svojoj veličini - vrlo sličnoj Zemlji - i onome što se nalazi u zoni života. Kepler-186f jedan je od pet planeta veličine Zemlje u zvjezdanom sustavu udaljenom gotovo 500 svjetlosnih godina od Sunca. Ali samo se nalazi u stambenoj zoni. Ostali su preblizu zvijezde.

Prednosti tranzita

Prvi ekstrasolarni planet otkriven je ranih 90-ih. U ekipi pionira bio je i poljski radioastronom Alexander Wolszan. Okreće se oko pulsara, odnosno neutronske zvijezde koja neobično redovito emitira impulse zračenja. Kada pulsar ima planetarnog pratioca, pravilnost pulsa je poremećena. U svemiru nema puno pulsara, pa ih je teško smatrati osnovom za potragu. esoplanet.

2. Metode detekcije egzoplaneta u povijesnom smislu.

Stoga su razvijene druge metode, poput Dopplerove spektroskopije, koja proučava radijalne brzine zvijezda. Ova brzina fluktuira kada zvijezda ima pratioca u orbiti (u ovom slučaju planet) koji na nju utječe pod utjecajem gravitacije.

Tada se zvijezda malo udaljava od promatrača i približava mu se. Kada se udaljava, brzina je pozitivna (spektralne linije zvijezde pomaknute su prema većim valnim duljinama).

I obrnuto kada se zvijezda približi. Do sada su se istraživanja radijalne brzine najčešće koristila u promatranjima sa Zemlje.

Mali zemaljski planeti vjerojatno neće biti pronađeni na ovaj način. Stoga se lovci na vanzemaljce najčešće koriste spomenutom metodom koja se naziva tranzit. Svemirski opservatorij Kepler nalazi se u njegovoj bazi.

Teleskop je opremljen fotometar 95 cm (vrsta teleskopa), s matricom koja se sastoji od četrdeset i četiri vrlo osjetljiva CCD kruga, tj. koristi se u modernim digitalnim fotoaparatima. Ukupna rezolucija teleskopa Kepler je 95 megapiksela. Postoje i druge metode traženja stranih planeta - tehnika gravitacijskog mikrolenziranja, astrometrija i izravno promatranje, no trenutno je dominantna tranzitna metoda. Oko 95 posto se otkrije zahvaljujući njemu esoplanet (2).

Veličina nije jedino što je važno

Procjenjuje se da 17 posto zvijezda u našoj galaksiji ima planet ili zemaljski planeti, tj. s masom usporedivom s masom Zemlje (3). Iako većina njih slijedi uske orbite slične onima Merkura, one kruže oko različitih zvijezda, od kojih su neke puno manje od Sunca. Prema znanstvenicima, oko polovice svih zvijezda u Galaksiji kruži u blizini planeta različitih veličina, što znači da su usporedive sa Zemljom i veće.

Ispostavilo se da najmanje dvije trećine zvijezda u Mliječnoj stazi ima planete. Njihov se broj trenutno procjenjuje na oko 400 milijardi. Pod pretpostavkom da planeti obično ne postoje izolirani, naše se procjene pretvaraju u stotine milijardi planeta. U našoj galaksiji postoji najmanje 17 milijardi planeta veličine Zemlje.

Taj broj objavili su 2013. znanstvenici s Astrofizičkog centra na Sveučilištu Harvard, prvenstveno na temelju promatranja svemirskim teleskopom Kepler. Naravno, ove podatke ne treba shvatiti kao da svaki od ovih nekoliko milijardi planeta ima povoljne uvjete za život. Jedna veličina nije dovoljna. Također je važno udaljiti se od zvijezde oko koje se planet okreće (4).

U studenom 2013., istraživački centar Ames u Kaliforniji bio je domaćin znanstvene konferencije — NASA-ina ustanova koja upravlja misijom Kepler — kako bi se sažeti znanstveni napredak koji je rezultat rada teleskopa. Prema znanstvenicima koji su tamo govorili, svaka peta zvijezda usporediva sa Suncem (odnosno žuti patuljci) “trebala bi” imati barem jedan zemaljski planet (odnosno usporedive veličine, mase i temperature). Mogao bi se roditi na njemu i preživjeti u životu kakav poznajemo sa Zemlje.

Ipak se mora priznati da najvećim dijelom egzoplanete izuzetno raznolika. Dolaze u različitim veličinama i sastavima. Neki od njih ne odgovaraju svemu što znamo o planetima iz promatranja našeg Sunčevog sustava. Neki su crnji od ugljena, drugi se kupaju u moru lave, treći se utapaju u oceanima ili zasipaju dijamantnim kišama.

4. Zona života u planetarnim sustavima ovisno o temperaturi zvijezde

K2 ili reinkarnacija

Kepler Prvi reakcijski kotač teleskopa Kepler prestao je raditi u srpnju 2012. godine. Postojale su još tri koje su sondi omogućile navigaciju u svemiru. Činilo se da će Kepler moći nastaviti s promatranjem do 2016. Nažalost, u svibnju 2013. otkazao je i drugi kotač. Pokušalo se koristiti korektivne potisnike za postavljanje zvjezdarnice, ali je goriva brzo nestalo.

Sredinom listopada 2013. NASA je objavila da Kepler više neće tražiti planete. I još uvijek od svibnja 2014., novu misiju provodi izvanredni lovac na egzoplanete, kojeg NASA naziva K2. (5). To je omogućeno korištenjem nešto manje tradicionalnih tehnika. Budući da teleskop ne bi mogao raditi s dva radna reakcijska kotača (potrebna su vam tri), NASA-ini znanstvenici odlučili su koristiti pritisak sunčevog zračenja kao "virtualni reakcijski kotač".

Ova se metoda pokazala uspješnom u upravljanju teleskopom. U sklopu misije K2 već su obavljena promatranja desetaka tisuća zvijezda. U prosincu 2014. objavljeno je da u zvjezdanom sustavu KOI-3158, koji se nalazi 117 svjetlosnih godina od Zemlje, ne postoji samo pet takozvanih planeta sličnih Zemlji, već su oba egzoplanete najstariji pronađen.

Do otkrića je došao tim astronoma i astrofizičara predvođen Thiagom Campanteom sa Sveučilišta u Birminghamu, koji analizira opažanja s K2. Zvjezdani sustav KOI-3158, koji je zapravo dio trostrukog zvjezdanog sustava s dva M patuljka, procjenjuje se na više od 11 milijardi godina. Planetarni sustav u zviježđu Lire, međutim, nije poput našeg jer svih pet planeta obiđu zvijezdu bližu od Merkura za manje od deset dana.

K2 gotovo svaki mjesec donosi nova otkrića jer smo početkom 2015. saznali za postojanje planetarnog sustava EPIC 201367065 u kojem su otkrivena tri mala egzoplaneta tipa "super-Zemlje". Ukupno u prvim mjesecima 2015. šesnaest esoplanet, njih petnaest je bilo s K2.

Većina tih objekata je relativno mala. Trenutačni popis Encyclopedia of Extrasolar Planets (ožujak 2015.) uključuje 1906 potvrđenih egzoplaneta. Ostali popisi se neznatno razlikuju u vrijednostima, ali nijedan od njih još nije premašio 2000 ekstrasolarnih planeta.

5. Vizualizacija područja pretraživanja u misiji K2 - teleskop Kepler

Moguće sa Zemlje

Sve više i više za otkriti esoplanet koriste se zemaljski instrumenti. Grade se čak i nove zvjezdarnice, čija je glavna svrha otkrivanje i prikupljanje podataka o planetima koji kruže oko drugih zvijezda. Zato je Minerva (Miniature Exoplanet Radial Velocity Array) stvorena u Arizoni u Arizoni. To je također primjer novog jeftinog pristupa pronalaženju planeta.

6. Mali teleskopi HATNet u usporedbi s velikom zvjezdarnicom

Umjesto golemih milijunskih teleskopa, projekt Minerva koristi manje teleskope dostupne na tržištu. Četiri takva uređaja promjera 70 cm i duljine 2,5 m, proizvođača PlaneWave, koštaju 200 PLN svaki. rupa. svima i dostupan zainteresiranim hobistima koji si mogu priuštiti troškove.

U zvjezdarnici Minerva, svjetlost sa sve četiri usmjerava se na spektrograf, koji je dijeli na različite valne duljine. To vam omogućuje promatranje malih promjena u kretanju zvijezda u odnosu na Zemlju.

Ovo pak ukazuje na tijela koja kruže oko ovih udaljenih sunaca i omogućuje izračunavanje njihovih masa. Minerva također omogućuje mjerenje malih promjena u svjetlini dok se objekti kreću između diska zvijezde i Zemlje. Fokusira se na 164 obližnje točke u svemiru koje su odabrane zbog njihove potencijalne "planetarne učinkovitosti".

Ideja o korištenju relativno malih i jeftinih teleskopa za hvatanje egzoplaneta već se koristi na mnogim mjestima diljem svijeta. Na primjer, mreža teleskopa HATNet (6), koju je prije deset godina stvorio Gaspar Bacos sa Sveučilišta Princeton, koristi uređaje promjera samo 10 cm i objavila je publikacije o 56 otkrivenih planeta.

Sestrinska mreža HATSouth upravlja s 24 teleskopa smještena na južnoj hemisferi u Australiji, Namibiji i Čileu. Stvaranje distribuirane mreže i njezina koordinacija omogućuju točnije promatranje planetarnih tranzita. Automatizirani pronalazač planeta radi na vrhu planine u Kaliforniji od početka 2014. Već je locirao dva moguća planetarna sustava.

Prikupljeni podaci bit će osnova za daljnja promatranja pomoću satelita Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), koji bi trebao biti lansiran u svemir 2017. godine. Greg Laughlin s kalifornijskog sveučilišta u Santa Cruzu, koji je uključen u prikupljanje podataka, uključujući zvjezdarnicu, nedavno je za NewScientist rekao da govoreći o "lovu" egzoplaneteveć o njihovom "skupljanju".

Nanjušite znakove života

Način tranzita malo govori o samom planetu. Pomoću njega možete odrediti njegovu veličinu i udaljenost od zvijezde. Metoda mjerenja radijalne brzine može pomoći u određivanju njegove mase. Kombinacija dviju metoda omogućuje izračunavanje gustoće. Možete li bolje pogledati egzoplanet? Ispostavilo se da jest. NASA je već vidjela bolje planete kao što je Kepler-7b, za koji su teleskopi Kepler i Spitzer mapirali oblake u atmosferi.

7. Prva slika iz Gemini Planet Imagera - Beta Pictoris b sustava

Pokazalo se da je ovaj planet prevruć za nama poznate oblike života. Tamo je vruće od 816 do 982°C. No, sama činjenica njegovog ovako detaljnog opisa velik je korak naprijed, s obzirom da je riječ o svijetu koji je od nas udaljen stotinu svjetlosnih godina.

Dobro će doći i adaptivna optika koja se u astronomiji koristi za otklanjanje smetnji izazvanih atmosferskim vibracijama.

Njegova je upotreba za upravljanje teleskopom pomoću računala kako bi se izbjegle lokalne distorzije zrcala (reda veličine nekoliko mikrometara), čime se ispravljaju pogreške u rezultirajućoj slici.

Ovako radi Gemini Planet Imager (GPI) koji se nalazi u Čileu. Alat je prvi put lansiran u studenom 2013. GPI koristi infracrvene detektore i oni su dovoljno snažni da detektiraju svjetlosni spektar objekata koliko god tamni i udaljeni jesu. egzoplanete.

Zahvaljujući tome, bit će moguće saznati više o njihovom sastavu. Planet Beta Pictoris b (7) odabran je kao jedan od prvih ciljeva promatranja. U ovom slučaju GPI radi poput solarnog koronagrafa, odnosno prekriva disk daleke zvijezde kako bi pokazao sjaj obližnjeg planeta.

Upravo je uz pomoć adaptivne optike Zvjezdarnica Palomar u San Diegu u Kaliforniji otkrila planete u četverostrukom zvjezdanom sustavu 30 Ari u zviježđu Ovna (8), 136 svjetlosnih godina od Zemlje.

Za referencu, prvi planet u takvom egzotičnom sustavu s četiri zvjezdice, KIC 4862625, otkrili su 2013. astronomi amateri analizirajući podatke Keplera.

Ovo samo pokazuje da ovo nije sasvim rijedak fenomen, a četverostruki sustavi čine petinu poznatih zvijezda sličnih suncu (9). Ključ za promatranje "znakova života" je svjetlost zvijezde koja kruži oko planeta.

Svjetlost koja prolazi kroz atmosferu egzoplanete ostavlja specifičan trag koji se sa Zemlje može mjeriti spektroskopskim metodama, tj. analiza zračenja koje emitira, apsorbira ili raspršuje fizički objekt. Sličan pristup može se koristiti za proučavanje površina egzoplaneta. Međutim, postoji jedan uvjet. Površina planeta mora dovoljno apsorbirati ili raspršiti svjetlost.

Planeti koji isparavaju, odnosno planeti čiji gornji slojevi lebde u velikom oblaku prašine, dobri su kandidati. Kako se pokazalo, stvari poput naoblake na planetu možemo prepoznati i iz daljine. Postojanje gustog vela oblaka okolo esoplanet GJ 436b i GJ 1214b izvedeni su spektroskopskom analizom svjetlosti svojih matičnih zvijezda.

Oba planeta su klasificirana kao "super-Zemlje". GJ 436b nalazi se 36 svjetlosnih godina od Zemlje u zviježđu Lava. GJ 1214b nalazi se u zviježđu Zmijonosca, udaljenom 40 svjetlosnih godina. Prvi je po veličini sličan Neptunu, ali mnogo bliži svojoj zvijezdi od planeta poznatog iz Sunčevog sustava. Drugi je manji od Neptuna, ali mnogo veći od Zemlje.

9. Vizija svijeta u sustavu trostrukih zvijezda

Dogodit će se europske stvari

Svemirska agencija (ESA) trenutno radi na satelitu čija je zadaća precizno karakterizirati i upoznati već poznate strukture esoplanet (KEOPS). Lansiranje ove misije najavljeno je za 2017. godinu. NASA pak te iste godine u svemir želi poslati spomenuti satelit TESS koji će biti fokusiran prvenstveno na potragu za zemaljskim planetima, oko 500. XNUMX. nama najbliže zvijezde.

10. Jedna od vizualizacija teleskopa James Webb

Plan je otkriti najmanje tri stotine planeta "druge Zemlje". Obje ove misije temelje se na tranzitnoj metodi. U veljači 2014. Europska svemirska agencija odobrila je misiju PLATO.

Prema sadašnjem planu, trebalo bi započeti 2024. godine i tražiti stjenovite planete s sadržajem vode. Ova opažanja mogu omogućiti - na isti način na koji su za to korišteni Keplerovi podaci - da se također traže egzomjeseci.

Osjetljivost PLATO-a bit će usporediva s onom teleskopa Kepler. Europska ESA razvila je Darwinov program prije mnogo godina. NASA je imala sličan "pronalazač planeta" - TPF (Terrestrial Planet Finder).

Cilj oba projekta bio je proučavanje planeta sličnih Zemlji u smislu prisutnosti plinova u atmosferi koji signaliziraju povoljne uvjete za život. Oba su uključivala hrabre ideje o stvaranju mreže svemirskih teleskopa koji surađuju u potrazi za teleskopima sličnim Zemlji. esoplanet.

Međutim, prije desetak godina te tehnologije nisu bile dovoljno razvijene, a programi su bili suženi. Srećom, nije sve otišlo u nepovrat. Obogaćeni iskustvom NASA-e i ESA-e, trenutno zajedno rade na svemirskom teleskopu James Webb, koji bi trebao biti lansiran u svemir 2018. (10). Zahvaljujući velikom zrcalu od 6,5 metara, bit će moguće proučavati atmosfere velikih planeta.

To će omogućiti astronomima otkrivanje kemijskih tragova kisika i metana. Već ćemo dobiti specifične informacije o atmosferama egzoplaneta - sljedeći korak u usavršavanju znanja o tim dalekim svjetovima. Razni timovi rade u NASA-i na daljnjim istraživanjima u ovom području. Jedan takav manje poznat i još uvijek u ranoj fazi je Starshade.

Riječ je o zasjenjivanju svjetlosti zvijezde nečim poput kišobrana, na čijim bi se rubovima mogli promatrati planeti. Analizom valnih duljina bilo bi moguće odrediti komponente njihove atmosfere. NASA će ove ili sljedeće godine ocijeniti projekt i odlučiti isplati li se misija. Ako misija Starshade bude pokrenuta, to će se dogoditi 2022. godine.

Egzo-mjeseci čekaju na svome esoplanet Astronomi također traže egzo-mjesece - one koji imaju čak i veće izglede za život od planeta oko kojih kruže. Tradicionalno, astronome zanimaju životne zone (ekosfere) u zvjezdanim sustavima. Međutim, egzomjeseci kompliciraju ovu jednostavnu sliku. Sunčevo zračenje nije jedini način da se zagrijete.

Matična planeta može dati mjesecu dodatnu energiju kroz gravitacijsku kompresiju i rastezanje, proces koji se naziva plimno zagrijavanje. To omogućuje Mjesecu izvan njegove životne zone da zadrži onoliko topline koliko je potrebno za održavanje tekuće vode. Ova pojava najmanje udvostručuje veličinu zone života. Mjesec Europa, na primjer, doživljava Jupiterovo snažno gravitacijsko polje.

Ovo održava ledene oceane tekućima. Jedna od metoda otkrivanja esoplanet Mikroleće se temelje na fenomenu savijanja svjetlosti pod utjecajem gravitacije kada objekt prolazi između nas i udaljene zvijezde. Njezina gravitacija fokusira svjetlost poput leće, a sjaj zvijezde povremeno se povećava. Tijekom nedavnih promatranja s teleskopom MOA-II na Novom Zelandu, astronomi su primijetili nagli porast sjaja zvijezde, nakon čega je sat vremena kasnije uslijedio još jedan, slabiji porast.

Prema tome, veliki objekt s popratnim manjim morao je proći ispred zvjezdanog diska. Izmjereni omjer mase oba objekta bio je približno 2000:1. Prema nekim astronomima, prateći mjesec može označiti njegovu prisutnost uzrokujući lagano njihanje planeta. U praksi to znači da bi tranzit planeta mogao biti odgođen ili ubrzan više od očekivanog.

Možda postoji i dodatno smanjenje sjaja zvijezde zbog samog Mjeseca? U sklopu programa Hunt for Exmoons with Kepler (HEK), tim istraživača odabrao je 250 egzoplaneta za proučavanje satelita. Posao je spor i zamoran za analizu svakog planeta redom pomoću računalnih programa koji bi mogli otkriti odstupanja i dodatne promjene u svjetlini.

Znanstvenici su tijekom dvije godine analizirali sedamnaest planeta. Tako bi potraga za prvim potvrđenim egzomjesecom mogla potrajati neko vrijeme. Međutim, kada se konačno razvije odgovarajuća metoda, njihov broj bi mogao brzo premašiti broj planeta. Uostalom, u našem solarnom sustavu postoji samo osam planeta i čak 145 mjeseca (a još 28 čeka potvrdu). Kao što vidite, ovo umnožava broj svjetova sa stotina milijardi na stotine više.