Изображение предоставлено: Джон Роу
Поиск планет земного типа начинается с поиска звезд солнечного типа. Астронома Мэгги Тернбулл попросили составить краткий список из тридцати звезд-кандидатов, которые близко соответствуют нашему Солнцу, из общего списка 2350 звезд, которые находятся в пределах ста световых лет от нас. Этот короткий список, включающий 37 самоцветов, будет использоваться миссией «Наземный поиск планет», которая будет искать обитаемые планеты путем поиска видимого света кислорода или воды на планете, подобной Земле, - верный признак жизни.
Тридцать седьмая самая западная звезда в созвездии, Близнецы, является желто-оранжевой звездой, как наше собственное солнце. Звезда называется 37 Geminorum, но для астрофизика Маргарет Тернбулл звезда особенная, потому что она предлагает конкретный пример для рассмотрения того, что может считаться хорошим кандидатом для укрытия обитаемых планет.
Составляя свой список звезд, которые могут поддерживать планеты с жидкой водой и кислородом, она должна исключить экстремальные солнца: либо слишком молодые, либо слишком старые, вращающиеся слишком быстро или достаточно переменные по яркости, чтобы вызвать климатический хаос на любом соседний мир.
На расстоянии 56,3 световых лет от звезды 37 Драгоценного камня еще не видно явных признаков наличия таких планет или каких-либо планет, но будущие НАСА и европейские телескопы стремятся нацеливать звезды точно так же, как 37 Драгоценных камней, поскольку они могут делиться некоторые из тех свойств, которые сделали нашу собственную солнечную систему пригодной для жилья. К настоящему времени с помощью наземных телескопов было обнаружено более 100 внесолнечных планет, и оценки общего количества таких планет в нашей галактике могут составлять миллиарды миров-кандидатов.
Работая в Университете Аризоны в Тусоне, Мэгги Тернбулл попросили составить короткий список из тридцати звездных кандидатов, которые наиболее близко напоминали другие солнца, способные поддерживать условия для процветания жизни. Начав поиск среди звезд на расстоянии менее ста световых лет, мы получили около 2350 звезд для дальнейшего изучения.
Тернбулл недавно представила свои результаты группе ученых из проекта космического телескопа НАСА, «Наземного поиска планет» (TPF), который будет искать обитаемые планеты, используя видимый свет с «сигнатурой» воды и / или кислорода с Земли. тип планеты. После запланированного запуска TPF в 2013 году, будет следовать европейскому проекту Дарвина с участием шести космических телескопов.
Звездный список был сравнен с еще большим списком (17 129 звезд в пределах 450 световых лет, или 140 парсеков), который Тернбулл и советник Джилл Тартер из Института SETI впервые опубликовали в Astrophysical Journal. Список стал известен как Каталог ближайших обитаемых звездных систем (или HabCat). Их статья, опубликованная в августе под названием «Выбор цели для SETI: I. Каталог близлежащих обитаемых звездных систем», расширила предыдущие списки кандидатов почти в десять раз, или на порядок.
Чтобы поддержать сложную жизнь, кандидатская звезда должна быть правильного цвета, яркости и возраста. Если это звезда среднего возраста, такая же, как наша, она переживет достаточно легковоспламеняющихся легких элементов, чтобы произвести более тяжелые металлы, такие как железо, но не настолько старую, что она рушится или настолько молода, что жизнь - это лишь отдаленная перспектива на будущее. Исходя из того, какие фрагменты мы знаем о том, как сложная жизнь появилась на Земле, поиск Тернбулла направлен на то, чтобы найти «златовласки» звезд, которые кажутся «правильными».
Так почему же 37 Gem?
37 Geminorum находится в северо-западной части созвездия Близнецов, названного в честь близнецов. Для астрономов-любителей с хорошим телескопом на заднем дворе виден 37 Gem. В греческой мифологии близнецы-близнецы плыли с Джейсоном в поисках золотого руна; во время шторма близнецы помогли спасти свой корабль ARGO от затопления, и поэтому созвездие стало очень ценным для моряков.
Большинство звезд, таких как Gem 37, сгруппированы в небольшое количество спектральных классов, основанных примерно на цвете света, который они излучают. Названный «Каталог Генри Дрейпера», звездный сборник содержит спектральные классы в семи широких категориях, от самых горячих до самых крутых звезд. Эти типы обозначаются в порядке понижения температуры буквами O, B, A, F, G, K и M. Номенклатура уходит корнями в давно устаревшие представления о эволюции звезд, но терминология остается. Нашему солнцу, классифицированному в более тонких масштабах как типичный карлик "G2V", примерно 4,5 миллиарда лет. Звезда-кандидат, 37 Gem, также среднего возраста, но несколько старше на миллиард лет, на 5,5 миллиарда лет.
В спектрах звезд G-типа, таких как наши (и 37 Gem), преобладают определенные химические элементы, о чем свидетельствуют их характерные спектральные линии (или излучения). Наиболее актуальными элементами являются металлы, особенно для тех звездных подписей, которые богаты железом, кальцием, натрием, магнием и титаном. В астрономических терминах, по сравнению с классификацией нашего Солнца как типичного карлика G2V, у 37 Gem температура поверхности немного выше. Таким образом, главный выбор Тернбулла - 37 Gem - занесен в каталог как карлик G0V, что означает, что он также является желто-оранжевой карликовой звездой главной последовательности. Поскольку звезды G характеризуются наличием этих металлических линий и слабых водородных спектров, они имеют общий возраст, массу и светимость.
В противном случае, 37 Gem близок к нашему солнечному близнецу или подобному Близнецам аналогу Солнца: в 1,1 раза больше массы нашего Солнца, в 1,03 раза больше его диаметра и в 1,25 раза больше его яркости.
Яркость - это, пожалуй, самая важная информация звезда останется стабильной.
Журнал Astrobiology Magazine имел возможность поговорить с Мэгги Тернбулл в Обсерватории Стюардов в Тусоне о том, как отбирать звездных кандидатов для обитания.
Астробиологический Журнал (AM): Ваш недавний обзор начал смотреть на расстоянии около 100 световых лет от нашего Солнца, и все звезды внутрь от этого радиуса, верно? Это была визуальная сфера для начала поиска?
Маргарет Тернбулл (Монтана): Около 3050 звезд Гиппаркоса в пределах 30 парсеков (90 световых
лет) - максимальная дистанция для миссии «Наземный планетный поиск» (TPF). Всего на этом расстоянии около 5000 звезд, но мы смотрим только на звезды Гиппаркоса, поэтому мой стартовый список составляет 2350 звезд.
AM: Вы когда-нибудь держали телескоп на заднем дворе, чтобы увидеть 37 Gem?
МонтанаКонечно, это должно быть видно с помощью телескопа на заднем дворе, но нет, я не смотрел на него своими глазами! Из-за фотометрии (измерения ее яркости) и спектроскопии (измерения ее состава), на которую я смотрел, я чувствую, что «знаю» это, даже не увидев его.
Тем не менее, еще 37 наблюдений предстоит сделать за 37 Gem. Например, нам нужно выполнить инфракрасное изображение этой звезды в высоком разрешении, прежде чем мы сможем сказать, что она должна быть целью - если мы обнаружим, что вокруг много плавающих обломков, нам придется убрать их из списка.
AM: Звезда 37 Gem сильно отличалась от второй в списке тридцати лучших кандидатов?
МонтанаНа самом деле, все «лучшие» звезды очень похожи друг на друга, и в действительности нет смысла пытаться их ранжировать. 37 Gem - одна из самых ближайших звезд, которая также удовлетворяет техническим критериям, поэтому в настоящее время она выглядит очень хорошим кандидатом для поиска TPF.
AM: Просто из любопытства, какая звезда официально заняла второе место в списке?
Монтана: Когда вы только посмотрите на тридцать звезд, им лучше быть «номером один». То есть каждая звезда, которую мы наблюдаем, должна представлять первостепенный интерес для миссии, потому что у нас нет времени терять. Мы все еще находимся в процессе точного определения основной цели миссии.
Если цель состоит в том, чтобы взглянуть на диапазон спектральных типов, то верхние звезды могут включать очень близкие звезды K или M, но если цель состоит в том, чтобы взглянуть на 30 самых похожих на Солнце звезд, то такие звезды как 18 Sco ( близнец в 14 парсеках в Созвездии Скорпиона), бета CVn («гончая») или 51 Peg («Пегас», летающая лошадь) могут оказаться нашими лучшими ставками.
AM: Есть ли одна или две части недостающих данных, которые помогли бы лучше отразить классификацию звездных кандидатов?
Монтана: В настоящее время инфракрасные изображения высокого разрешения - это недостающий фрагмент данных, который нам определенно необходим. Нам нужно знать, есть ли у этих звезд пыльные диски, которые затруднили бы обнаружение планет, вращающихся вокруг них.
Солнце содержит значительное количество зодиакальной пыли, потому что Юпитер постоянно разжигает пояс астероидов, и когда астероиды сталкиваются, они добавляют пыль в Солнечную систему.
Подобный уровень пыли вокруг других звезд не может разрушить наши шансы увидеть планеты, но мы, конечно, хотели бы свести это к минимуму.
AM: Какие у вас планы на будущее для звездного списка в поддержку миссий «Наземная планета» и «Дарвин»?
МонтанаЯ еще не представил свой «окончательный» список научной научной группе TPF 18 и 19 ноября в Военно-морской обсерватории США, во время встречи с другими людьми, которые создают свои собственные списки.
Я уже представил свою методологию группе, но теперь мы встретимся с инженерами, которые объяснят нам ограничения инструмента, и мы должны будем еще более уточнить список, чтобы учесть их критерии.
Их критерии будут включать в себя такие вещи, как: не может быть спутник-звезда в течение нескольких угловых секунд, даже если спутник не заботится о стабильности планеты, потому что дополнительный свет загрязнит поле зрения; не могу смотреть на звезды слабее, чем на 6-ю звездную величину; В течение всего года можно смотреть только на звезды на расстоянии не менее 60 градусов от Солнца и т. д.
AM: Вы опубликовали свой первый каталог обитаемых звезд в августе этого года, и в этой классификации есть вторая часть. Каковы основные планы второй части HabCat?
Монтана: Джилл Тартер и я недавно представили второй документ по целевому списку SETI, который появится в Приложениях к астрофизическому журналу в декабре. В этой статье приведен список старых открытых кластеров с высокой металличностью, ближайших 100 звезд независимо от звездного типа и около 250 000 звезд главной последовательности из каталога Tycho, которые будут наблюдаться телескопом Allen Telescope Array (ATA) всякий раз, когда HabCat звезда не доступна для нас, чтобы наблюдать.
Первичный луч ATA будет направлен радиоастрономами, и они будут составлять карты своих целей с очень высоким разрешением, в то же время мы будем наблюдать звезды HabCat (или звезды из наших списков в статье 2) для SETI.
AMНаконец, планируют ли миссии, Kepler и TPF планировать виды улучшений, которые позволят обнаруживать больше планет размером с Землю, а не только газовых гигантов, для данной звезды в своих исследованиях?
Монтана: Да. Кеплер даст нам представление о том, насколько распространены планеты земного типа, наблюдая за тысячами похожих на солнце звезд на «транзиты» - события, когда планета фактически проходит перед звездой, на которой она вращается, и временно блокирует немного ее света.
Наземный Планетный Искатель будет следить за этим, фактически изображая планеты, вращающиеся вокруг ближайших звезд, и сообщая нам, есть ли у этих планет атмосфера, снимая спектры.
Мы можем искать воду, кислород и углекислый газ, и, если нам повезет, мы можем даже увидеть некоторые прямые признаки жизни в форме признака растительности или сильного атмосферного неравновесия, такие как одновременное присутствие кислорода и метана (из-за одновременному присутствию растений и метаногенных бактерий на Земле).
Что дальше
Любая миссия по обнаружению и спектроскопической характеристике земных планет вокруг других звезд должна быть разработана таким образом, чтобы она могла обнаруживать различные типы земных планет с полезным результатом. Такие миссии в настоящее время изучаются: «Наземный планетный поиск» (TPF) от НАСА и Дарвин от ЕКА, Европейского космического агентства. Основная цель TPF / Darwin - предоставить данные биологам и химикам атмосферы.
Концепция TPF / Дарвина основывается на предположении, что можно исследовать внесолнечные планеты для обитаемости спектроскопически. Чтобы такое предположение было верным, мы должны ответить на следующие вопросы. Что делает планету пригодной для жизни и как ее можно изучать дистанционно? Каковы разнообразные эффекты, которые биота может оказывать на спектры планетных атмосфер? Каких ложных срабатываний можно ожидать? Каковы могут быть эволюционные истории атмосфер? И, в особенности, каковы надежные показатели жизни?
TPF / Darwin должны обследовать близлежащие звезды на предмет планетных систем, которые включают в себя планеты земного размера в их обитаемых зонах (планеты типа Земли). С помощью спектроскопии TPF / Darwin должен определить, есть ли на этих планетах атмосферы, и установить, пригодны ли они для обитания.
Миссия Kepler также запланирована на запуск на солнечную орбиту в октябре 2006 года. Kepler предназначен в качестве миссии для определения частоты внутренних планет вблизи обитаемой зоны широкого спектра звезд. Кеплер будет одновременно наблюдать 100 000 звезд в нашей галактической «окрестности», разыскивая планеты размером с Землю или более крупные в «обитаемой зоне» вокруг каждой звезды - не слишком горячей, не слишком холодной зоны, в которой может существовать жидкая вода. планета.
Чтобы подчеркнуть сложность обнаружения планеты размером с Землю, вращающейся вокруг далекой звезды, главный исследователь Кеплера Уильям Боруки из НАСА Эймс указывает, что для покрытия диска Солнца потребуется 10000 Земель. Согласно одной из оценок НАСА, Кеплер должен обнаружить 50 планет земного типа, если большинство из найденных имеют размер Земли, 185 планет, если большинство на 30 процентов больше Земли, и 640, если большинство в 2,2 раза больше Земли. Кроме того, ожидается, что Кеплер найдет почти 900 планет-гигантов рядом со своими звездами и около 30 гигантов, вращающихся вокруг Юпитера, как расстояние от их родительских звезд.
Поскольку большинство планет газовых гигантов находятся на такой орбите намного ближе к своим звездам, чем Юпитер к Солнцу, Боруки полагает, что в течение четырех-шести лет миссии Кеплер найдет большую часть планет, достаточно близких к звездам. Если это окажется правдой, он говорит: «Мы ожидаем найти тысячи планет».
Используя нынешние методы, сегодня астрономам будет очень трудно обнаружить планету размером с Землю вокруг звезды 37 Gem. Прошлый анализ однако исключил некоторые варианты. Например, гигантская планета, такая как наш собственный Юпитер или Сатурн, не вращается вокруг 37 Самоцветов. Эти исследования показали, что планеты-гиганты массой Юпитера в 10–10 раз не существуют близко к 37 Гм (в пределах от 0,1 до 4 астрономических единиц или одного расстояния Земля-Солнце, AU, см. Также Cummings et al, 1999) , Из-за трудностей с нахождением тусклых планет вблизи гораздо более ярких звезд, почти все найденные до сих пор планеты с избыточной солнечной энергией похожи на наш собственный массивный Юпитер, вероятно, газообразный, и вряд ли могут укрывать условия жизни из-за их непосредственной близости к родительской звезде. ,
Но условия вокруг 37 самоцветов могут поддерживать меньшие внутренние планеты, такие как Венера или Земля. Никто не знает. Только будущие исследования будут иметь приборы, способные находить такие похожие на Землю планеты.
Модели звезд, такие как 37 Gem, однако, поддерживают возможное существование, по крайней мере, одной устойчивой орбиты для планеты, подобной Земле (с жидкой водой), центрированной вокруг расстояния от Земли до Солнца (1,12 а.е.). Такая предполагаемая планета будет вращаться между расстояниями Земли и Марса в нашей Солнечной системе. Эта необнаруженная планета, если ее можно будет обнаружить в будущих исследованиях, будет иметь год, который длится более 450 дней, или период обращения около 1,3 земных лет.
Поскольку жизнь, генерирующая кислород на Земле, заняла около двух миллиардов лет, у звезд, намного моложе, чем это, вероятно, не было бы достаточно времени, чтобы жизнь эволюционировала в какие-либо сложные формы. Учитывая миллиарды лет, необходимых для эволюции жизни на Земле, ученые могут задаться вопросом, будет ли жизнь иметь шанс в более короткой солнечной системе. Горячие, более массивные звезды всегда считались менее вероятными для жизни, но не потому, что они были бы слишком горячими. Планеты могут по-прежнему наслаждаться умеренным климатом, чуть дальше, чем Земля от Солнца, и на орбитах дальше от своей собственной родительской звезды. Первая проблема обитаемости - это проблема времени, а не температуры. Горячие звезды имеют тенденцию выгорать быстрее - возможно, слишком быстро, чтобы жизнь там развивалась.
Первоначальный источник: Astrobiology Magazine
