Obrazový kredit: John Rowe
Hledání planet podobných planetám Země začíná hledáním hvězd podobných slunci. Astronom Maggie Turnbull byl požádán, aby vytvořil krátký seznam třiceti kandidátských hvězd, které těsně odpovídaly našemu Slunci, z celkového počtu 2350 hvězd, které jsou od nás vzdáleny sto světelných let. Tento krátký seznam, včetně 37 drahokamů, bude použit pro misi Hledání pozemských planet, která bude hledat obyvatelné planety hledáním viditelného světla kyslíku nebo vody na planetě podobné Zemi - což je jisté znamení života.
Třicátá sedmá nejzápadnější hvězda v souhvězdí, Gemini, je žlutooranžová hvězda jako naše vlastní slunce. Hvězda se jmenuje 37 Geminorum, ale pro astrofyzika Margaret Turnbull je tato hvězda zvláštní, protože nabízí případovou studii, která zvažuje, co by se mohlo kvalifikovat jako dobrého kandidáta na uložení obytných planet.
Při vytváření svého seznamu hvězd, které by mohly podporovat planety kapalnou vodou a kyslíkem, musí vyloučit extrémní slunce: buď příliš mladá nebo příliš stará, která rotují příliš rychle, nebo které jsou dostatečně proměnlivé v jasu, aby způsobily klimatický chaos na jakémkoli okolní svět.
Hvězda 37 Gem ve vzdálenosti 56,3 světelných let musí ještě předvést výrokové znamení, že takové planety nebo jakékoli planety mají - ale budoucí NASA a evropské dalekohledy hledají cílové hvězdy stejně jako 37 Gem, protože by mohly sdílet některé stejné vlastnosti, díky nimž byla naše vlastní sluneční soustava obyvatelná. Dosud bylo nalezeno více než 100 extrasolárních planet pomocí pozemních dalekohledů a odhady pro celkový počet těchto planet v naší galaxii se mohou rovnat miliardám kandidátních světů.
Maggie Turnbullová, která pracovala na arizonské univerzitě v Tucsonu, byla požádána, aby vytvořila krátký seznam třiceti hvězdných kandidátů, které se nejvíce podobaly jiným sluncům schopným podporovat podmínky pro život. Zahájení jejího hledání mezi hvězdami vzdálenými méně než sto světelných let poskytlo asi 2 350 hvězd, které je třeba dále zvážit.
Turnbull nedávno představila své výsledky skupině vědců z projektu kosmického dalekohledu NASA, Terrestrial Planet Finder (TPF), který bude hledat obyvatelné planety pomocí viditelného světla s „podpisem“ vody a / nebo kyslíku ze Země - typ planety. Po plánovaném zahájení TPF kolem roku 2013 bude navazovat na evropský projekt Darwin zahrnující šest vesmírných dalekohledů.
Hvězdný seznam byl sestaven z ještě většího seznamu (17 129 hvězd ve 450 světelných letech, nebo 140 parseců), který Turnbull a poradce Jill Tarter z institutu SETI poprvé publikovali v Astrophysical Journal. Seznam se stal známým jako Katalog nedalekých obyvatelných hvězdných systémů (nebo HabCat). Jejich článek publikovaný v srpnu s názvem „Výběr cíle pro SETI: I. Katalog nedobytných hvězdných systémů“ rozšířil předchozí seznamy kandidátů o téměř desetinásobek nebo o řádovou velikost.
K podpoře složitého života musí být kandidátská hvězda tou správnou barvou, jasem a věkem. Pokud je to hvězda středního věku, jako je ta naše, spálila by dostatečné množství fúzních světelných prvků, aby vytvořila těžší kovy, jako je železo, ale ne tak stará, že se zhroutí nebo je tak mladá, že život je jen vzdálenou budoucností. Na základě toho, jaké fragmenty víme o tom, jak složitý život se na Zemi objevil, se Turnbullovo hledání snaží najít „zlatovlásky“ hvězd, které se zdají „v pořádku“.
Tak proč 37 Gem?
37 Geminorum leží v severozápadní části souhvězdí Gemini, pojmenované po dvojčatech. Pro amatérské astronomy s dobrým dvorním dalekohledem je vidět 37 Gem. V řecké mytologii se dvojčata Gemini plavili s Jasonem při hledání Zlatého rouna; během bouře dvojčata pomohla zachránit jejich loď ARGO před potopením, a tak souhvězdí námořníci velmi oceňovali.
Většina hvězd, jako je Gem 37, je seskupena do malého počtu spektrálních tříd, založených zhruba na barvě světla, které vyzařují. S názvem Henry Draper Catalog, seznam hvězd uvádí spektrální třídy v sedmi širokých kategoriích, od nejžhavějších po nejchladnější hvězdy. Tyto typy jsou označeny v pořadí klesající teploty písmeny O, B, A, F, G, K a M. Nomenklatura je zakořeněna v dlouho zastaralých představách o hvězdném vývoji, ale terminologie zůstává. Naše slunce, klasifikované v jemnějším měřítku jako typický trpaslík G2V, má přibližně 4,5 miliardy let. Kandidátská hvězda, 37 Gem, je podobně středního věku, ale o něco starší o miliardu let, na 5,5 miliardy let.
Spektra hvězd typu G, jako jsou naše vlastní (a 37 Gem), jsou ovládána určitými chemickými prvky, což signalizují jejich charakteristické spektrální čáry (nebo emise). Prvky nejaktuálnějšího zájmu jsou kovy, zejména pro ty hvězdné podpisy bohaté na železo, vápník, sodík, hořčík a titan. Z astronomického hlediska má 37 Gem ve srovnání s klasifikací našeho slunce jako typického trpaslíka G2V mírně vyšší teplotu povrchu. Hlavní výběr Turnbull - 37 Gem - je tedy katalogizován jako trpaslík G0V - což znamená, že je to také žlutooranžová hlavní sekvence trpaslíků. Protože G hvězdy jsou charakterizovány přítomností těchto kovových linií a slabým vodíkovým spektrem, sdílejí společný věk, hmotnost a jas.
V opačném případě je 37 Gem blízko k našemu vlastnímu dvojici, nebo Geminiho protějšku Slunce: 1,1násobek hmotnosti naší Slunce, 1,03násobku průměru a 1,25násobku její svítivosti.
Luminosity jsou „možná nejdůležitější informace“, řekl Turnbull časopisu Astrobiology Magazine: „Používáme při určování obyvatelnosti blízkých hvězd“ pro složitý život, protože luminosity naznačuje, ve které fázi života je hvězda, a že zase určuje, jak dlouho je hvězda zůstane stabilní.
Astrobiologický časopis měl příležitost hovořit s Maggie Turnbullovou na Stewardově observatoři v Tucsonu o tom, jak vybrat hvězdné kandidáty pro návaznost.
Astrobiologický časopis (AM): Váš nedávný průzkum začal sledovat asi 100 světelných let od našeho Slunce a všechny hvězdy dovnitř od tohoto poloměru, správně? To byla vizuální sféra pro zahájení vyhledávání?
Margaret Turnbull (MT): Do 30 parseců je asi 2350 hvězd Hipparcos (90 světel
roky), maximální vzdálenost pro misi Terrestrial Planet Finder (TPF). V této vzdálenosti je asi 5 000 hvězd, ale díváme se pouze na hvězdy Hipparcos, takže můj startovní listina je dlouhá 2 350 hvězd.
DOPOLEDNE: Už jste někdy chytili zadní dalekohled, abyste viděli 37 drahokamů?
MT„Určitě by to mělo být vidět pomocí dalekohledu na dvoře, ale ne, nedíval jsem se na to vlastníma očima! Kvůli fotometrii (měření jejího jasu) a spektroskopii (měření jejího složení) jsem se na to díval, cítím se, jako bych to „věděl“, aniž bych to kdy viděl.
Je však třeba více pozorovat 37 Gem. Například musíme provést infračervené zobrazování této hvězdy ve vysokém rozlišení, než budeme moci říci, že by to měl být cíl - pokud zjistíme, že kolem se vznáší spousta trosek, musíme ji odstranit ze seznamu.
DOPOLEDNE: Byla hvězda, 37 Gem, hodně odlišná od čísla dvě na seznamu třiceti nejlepších kandidátů?
MT: Ve skutečnosti jsou „nejlepší“ hvězdy navzájem velmi podobné a ve skutečnosti to nedává smysl dávat pozor na jejich hodnocení. 37 Gem se stane jednou z nejbližších hvězd, která také splňuje technická kritéria, takže nyní vypadá jako velmi dobrý kandidát pro vyhledávání TPF.
DOPOLEDNE: Jaká zvědavost, jaká hvězda byla oficiálně číslo dvě na seznamu?
MT: Když se podíváte pouze na třicet hvězd, je lepší být „číslo jedna“. To znamená, že každá hvězda, kterou pozorujeme, musí být primárním zájmem mise, protože nemáme čas ztrácet. Stále jsme v procesu přesného definování primárního cíle mise.
Pokud je cílem podívat se na řadu spektrálních typů, pak mezi nejlepší hvězdy mohou patřit velmi blízké hvězdy K nebo M, ale pokud je cílem podívat se na 30 nejoblíbenějších hvězd, pak hvězd jako 18 Sco (sluneční dvojče ve 14 parsecech v Constellation Scorpius), beta CVn („honič“) nebo 51 Peg („Pegasus“, létající kůň) mohou skončit jako naše nejlepší sázky.
DOPOLEDNE: Existují jeden nebo dva kousky chybějících údajů, které by pomohly klasifikaci vylepšit lépe kandidátům na hvězdy?
MT: V tuto chvíli je infračervené zobrazování s vysokým rozlišením chybějícím údajem, který určitě potřebujeme. Musíme vědět, jestli tyto hvězdy mají zaprášené zbytky disků, které by ztěžovaly detekci planet obíhajících kolem.
Slunce má značné množství zodiacal prachu, protože Jupiter neustále míchá asteroidní pás a jak asteroidy se srazí, přidávají prach do sluneční soustavy.
Podobná úroveň prachu kolem ostatních hvězd nemusí zničit naše šance vidět planety, ale určitě bychom to rádi omezili na minimum.
DOPOLEDNE: Jaké jsou vaše budoucí plány na hvězdný seznam na podporu misí Hledání pozemských planet a Darwin?
MT„Ještě jsem nepředložil svůj„ konečný “seznam pracovní skupině pro vědu TPF ve dnech 18. a 19. listopadu na US Naval Observatory, během setkání s ostatními, kteří vytvářejí své vlastní seznamy.
Už jsem skupině představil svou metodologii, ale nyní se setkáme s inženýry, kteří nám vysvětlí omezení nástroje a budeme muset seznam dále upřesnit, aby vyhovoval jejich kritériím.
Jejich kritéria budou zahrnovat například: nemůžeme mít doprovodnou hvězdu během několika sekund, i když se společník netýká stability planety, protože další světlo kontaminuje zorné pole; nemůže se dívat na hvězdy slabší než asi šestá velikost; můžete se dívat na hvězdy alespoň ~ 60 stupňů od Slunce po celý rok atd.
DOPOLEDNE: V srpnu tohoto roku jste vydali svůj první katalog obyvatelných hvězd a v této klasifikaci jsou dvě části. Jaké jsou hlavní plány pro část II HabCat?
MT: Jill Tarter a nedávno jsme předložili druhý dokument o cílovém seznamu SETI, který se objeví v dodatcích Astrophysical Journal v prosinci. Tento dokument uvádí seznam starých, vysoce metalizovaných otevřených shluků, nejbližších 100 hvězd bez ohledu na hvězdný typ a asi 250 000 hvězd s hlavní sekvencí z katalogu Tycho, z nichž všechny budou pozorovány Allen Telescope Array (ATA), kdykoli HabCat hvězda není pro nás k dispozici k pozorování.
Primární paprsek ATA bude namířen radioastronomiky a budou vytvářet mapy svých vlastních cílů ve vysokém rozlišení, zatímco současně budeme pozorovat hvězdy HabCat (nebo hvězdy z našich seznamů v dokumentu 2) pro SETI.
DOPOLEDNEKonečně, plánují mise Kepler a TPF taková vylepšení, která by umožnila detekci více planet Země, nejen plynových obrů, pro danou hvězdu v jejich průzkumech?
MT: Ano. Kepler nám dá představu o tom, jak běžné jsou pozemské planety tím, že sleduje tisíce hvězd podobných Slunci na „průchody“ - to znamená, že planeta skutečně prochází před hvězdou, která obíhá a dočasně blokuje trochu světla hvězdy.
Terrestrial Planet Finder bude na to navazovat tím, že bude skutečně zobrazovat planety obíhající nejbližší hvězdy a řekne nám, zda tyto planety mají atmopheres pomocí spektra.
Můžeme hledat vodu, kyslík a oxid uhličitý, a pokud budeme mít štěstí, můžeme dokonce vidět některé přímé náznaky života ve formě vegetačního podpisu nebo silné atmosférické nerovnováhy, jako je současná přítomnost kyslíku a metanu (kvůli na současnou přítomnost rostlin a methanogenních bakterií na Zemi).
Co bude dál
Jakákoli mise k detekci a spektroskopické charakterizaci pozemských planet kolem jiných hvězd musí být navržena tak, aby dokázala detekovat různé typy pozemských planet s užitečným výsledkem. Tyto mise jsou nyní studovány - vyhledávač pozemských planet (TPF), NASA a Darwin z ESA, Evropská kosmická agentura. Hlavním cílem TPF / Darwin je poskytovat údaje biologům a atmosférickým chemikům.
Koncept TPF / Darwin vychází z předpokladu, že je možné spektroskopicky analyzovat extrasolarní planety z hlediska jejich návaznosti. Aby byl takový předpoklad platný, musíme odpovědět na následující otázky. Co dělá planetu obyvatelnou a jak je lze dálkově studovat? Jaké jsou různé účinky, které by biota mohla mít na spektra planetárních atmosfér? Jaké falešné pozitivy bychom mohli očekávat? Jaké budou pravděpodobně evoluční historie atmosfér? A zejména, jaké jsou robustní ukazatele života?
TPF / Darwin musí zkoumat blízké hvězdy pro planetární systémy, které obsahují planety pozemské velikosti ve svých obyvatelných zónách (planety podobné „Zemi“). Prostřednictvím spektroskopie musí TPF / Darwin určit, zda tyto planety mají atmosféru a zjistit, zda jsou obyvatelné.
Keplerova mise je také naplánována na spuštění na sluneční oběžné dráze v říjnu 2006. Kepler je určen jako mise k určení frekvence vnitřních planet v blízkosti obyvatelné zóny širokého spektra hvězd. Kepler bude současně pozorovat 100 000 hvězd v naší galaktické „sousedství“ a bude hledat planety Země nebo větší planety v „obytné zóně“ kolem každé hvězdy - nepříliš horké, nepříliš chladné zóny, kde by mohla nastat tekutá voda planeta.
Ke zdůraznění obtížnosti detekce planety Země, která obíhá na vzdálenou hvězdu, Keplerův hlavní vyšetřovatel, William Borucki z NASA Ames, poukazuje na to, že pokrytí slunečního disku by vyžadovalo 10 000 Země. Jeden odhad NASA říká, že Kepler by měl objevit 50 pozemských planet, pokud většina nalezených planet je o velikosti Země, 185 planet, pokud je většina o 30 procent větší než Země a 640, pokud většina je 2,2krát větší než Země. Kromě toho se očekává, že Kepler najde téměř 900 obřích planet poblíž svých hvězd a asi 30 obrů obíhajících ve vzdálenosti podobné Jupiteru od jejich mateřských hvězd.
Protože většina planet obřích plynů nalezených dosud obíhá mnohem blíže ke svým hvězdám než Jupiter ke Slunci, Borucki věří, že během čtyřleté až šestileté mise najde Kepler velkou část planet docela blízko hvězd. Pokud se to ukáže pravdivé, říká: „Očekáváme, že najdeme tisíce planet.“
Při použití současných metod by dnes astronomové zjistili, že je velmi obtížné detekovat planetu Země kolem hvězdy 37 Gem. Předchozí analýzy však některé možnosti vyloučily. Například obří planeta, jako je naše vlastní Jupiter nebo Saturn, neobíhá kolem 37 drahokamů. Tyto studie naznačují, že obří planety s desetinou až desetinásobnou hmotností Jupiteru neexistují blízko 37 Gem (do 0,1 až 4 astronomických jednotek nebo jedné vzdálenosti Země-Slunce, AU, viz také Cummings et al, 1999). . Kvůli výzvám nalezení matných planet v blízkosti mnohem jasnějších hvězd jsou téměř všechny dosud objevené extrasolární planety jako naše vlastní Jupiter - masivní, pravděpodobně plynné a nepravděpodobné, že budou mít životní podmínky kvůli jejich těsné blízkosti mateřské hvězdy. .
Podmínky kolem 37 Gem však mohou podporovat menší vnitřní planety, jako je Venuše nebo Země. Nikdo neví. Pouze budoucí průzkumy budou mít instrumentaci schopnou najít takové planety podobné Zemi.
Modely hvězd, jako je 37 Gem, však podporují možnou existenci alespoň jedné stabilní orbity pro planetu podobnou Zemi (s kapalnou vodou) soustředěnou kolem jedné vzdálenosti Země-Slunce (1,12 AU). Taková předpokládaná planeta obíhá mezi vzdálenostmi Země a Marsu v naší Sluneční soustavě. Tato neobjevená planeta, pokud ji lze zjistit v budoucích studiích, bude mít rok, který bude trvat déle než 450 dnů, nebo orbitální období asi 1,3 zemských let.
Protože život na Zemi produkující kyslík zabral asi dvě miliardy let, hvězdy mnohem mladší, než by to pravděpodobně neměly dostatek času na to, aby se život vyvinul směrem ke všem složitým formám. Vzhledem k miliardám let potřebným pro vývoj života na Zemi se vědci mohli ptát, zda by život měl šanci v sluneční soustavě s kratší životností. Horkější a mohutnější hvězdy byly vždy považovány za méně pravděpodobné, že budou mít život, ale ne proto, že by byly příliš horké. Planety si stále mohly užívat mírného podnebí, právě dále než Země je od Slunce a na oběžné dráze dále od vlastní mateřské hvězdy. Prvním problémem obývatelnosti je čas, nikoli teplota. Horké hvězdy mají tendenci hořet rychleji - možná příliš rychle na to, aby se tam život vyvíjel.
Původní zdroj: Astrobiology Magazine
