Rádi bychom našli jinou planetu jako je Země. Ne přesně jako Země; to je trochu směšné a pravděpodobně trochu více sci-fi než věda. Ale co kdybychom našli takovou, která by byla natolik podobná Zemi, že bychom se divili?
Jak jsme to mohli najít? Postupujeme od jedné mise k nalezení planet k další a sestavujeme seznam planet, které mohou být „podobné Zemi“ nebo „potenciálně obyvatelné“. Brzy budeme mít vesmírný dalekohled Jamese Webba a jeho schopnost studovat atmosféry exoplanet na známky života a obyvatelnosti.
Ale jedna nová studie se zaměřuje na exoměsíce a roli, kterou hrají v obyvatelnosti planety. Pokud najdeme exoměsíc podobný Měsíci na stabilní oběžné dráze kolem jeho planety, mohl by to být důkaz, že samotná planeta je více podobná Zemi? Možná, ale ještě tam nejsme.
Vědci se domnívají, že stabilní vztah mezi Zemí a Měsícem je součástí toho, co činí Zemi obyvatelnou. Za prvé, Měsíc udržuje axiální náklon Země stabilní, což zajišťuje stabilní klima. Výzkumníci také vědí, že mnoho faktorů může narušit dlouhodobou stabilitu planety a Měsíce. V novinách' Exomoons v systémech se silným perturberem: Aplikace pro ? Cen AB “ autoři zkoumají orbitální vztahy mezi měsíci, jejich planetami a hvězdami. Hlavním autorem je Billy Quarles, astrofyzik a planetární dynamika z Georgia Tech. Článek je publikován v The Astrophysical Journal.
V naší sluneční soustavě je mnohem více měsíců než planet. Na každé planetě je v průměru 20 měsíců, a to především díky Jupiteru a Saturnu a jejich dohromady více než 160 měsícům. Merkur a Venuše nemají žádné, Země má pouze jeden a Mars má pouze dva, což jsou pravděpodobně zachycené asteroidy.
Ale naše sluneční soustava nepředstavuje jiné soustavy. Ten náš má jen jednu hvězdu. Když se podíváme na noční oblohu, více než 80 % světelných bodů, které vidíme, jsou ve skutečnosti dvojice hvězd – nebo více – seskupených dohromady. Binární hvězdné systémy mohou hostit planety a planety mohou tyto systémy obíhat dvěma způsoby. Circumstellar znamená, že planeta obíhá pouze jednu z hvězd, a circumbinary znamená, že planeta obíhá obě hvězdy.
Předchozí výzkum, včetně některých od hlavního autora této studie, Billyho Quarlese, ukázal, že obří cirkumbinární planety mohou hostit exoměsíce. Ale totéž nebylo nalezeno pro cirkumstelární planety ve více hvězdných systémech. To je součástí účelu této studie.
Vědci se zaměřili na našeho nejbližšího hvězdného souseda, systém Centauri. Centauri je od nás vzdáleno „jen“ 4,37 světelných let, což je z astronomického hlediska blízko. Ale i na takovou vzdálenost je těžké planety detekovat. A měsíce? Téměr nemožné.
'Víme, že tam jsou,' řekl spoluautor studie Siegfried Eggl v a tisková zpráva . 'Potřebujeme se jen víc dívat.' Ale protože je tak těžké je spatřit, našli jsme způsob, jak je odhalit prostřednictvím účinku, který mají na planetu, pomocí variací načasování tranzitu.“
'Víme, že planety, hvězdy a měsíce v naší sluneční soustavě interagují gravitačně jako obří stolní hra,' řekl Eggl. „Měsíc slapově interaguje se Zemí a zpomaluje svou rotaci, ale je tam také Slunce a tahá za obě. Druhá hvězda by fungovala jako další vnější rušič systému.'
Vědci použili Transit-Timing Variation (TTV) k hledání měsíců v systému Alpha Centauri. Alpha Centauri je trojhvězdný systém a nejméně dvě planety, které obě obíhají kolem hvězdy Proxima Centauri. Proxima Centauri je červený trpaslík a dvě planety jsou Proxima Centauri b a Proxima Centauri c. PC b je pozemská planeta o hmotnosti 1,17 Země a PC c je super-Země nebo možná mini-Neptun.
Tato infografika porovnává oběžnou dráhu planety kolem Proximy Centauri (Proxima b) se stejnou oblastí Sluneční soustavy. Proxima Centauri je menší a chladnější než Slunce a planeta obíhá mnohem blíže ke své hvězdě než Merkur. V důsledku toho leží dobře v obyvatelné zóně, kde může na povrchu planety existovat kapalná voda. Obrazový kredit: Palereddot.org
The metoda TTV měří drobné tahy, kterými na sebe těla působí, když se pohybují na oběžné dráze. Nejčastěji se používá k hledání exoplanet. Když planeta projde před svou hvězdou, světlo hvězdy z naší perspektivy trochu ztmavne. Pokud na planetu působí silou jiný objekt, pak načasování stmívajícího světla hvězd bude proměnlivé.
Pokud má planeta měsíc, bude Měsíc působit na planetu malou silou, takže se planeta trochu zakolísá. Toto kolísání může stačit ke změně načasování hvězdného světla blokovaného planetou. Měření těchto malých změn je jádrem TTV.
V systému, jako je Alpha Centauri, s mnoha planetami a hvězdami, se toho děje hodně a je potřeba vyřešit mnoho zátahů. Planety v AC jsou na cirkumbinární oběžné dráze, což znamená, že oběžné dráhy jsou více eliptické než například Země. Některé z časových odchylek jsou tedy způsobeny planetou a její eliptickou dráhou. Jiné časové odchylky mohou být způsobeny exoměsíci.
Pokud pozorovatelé dokážou zjistit, které z časových proměnlivosti jsou způsobeny exoměsíci, pak mohou odvodit některé vlastnosti planety i jejího měsíce. 'Toto je nepřímý důkaz měsíce, protože neexistuje nic jiného, co by mohlo planetu táhnout takovým způsobem,' řekl Eggl.
Je těžké rozebrat všechny proměnné ve vícehvězdném systému, jako je Alpha Centauri. Eliptické dráhy to ztěžují, protože planeta a její měsíc (měsíce) se mohou pohybovat různými rychlostmi. „Když mají měsíce a planety mírně eliptické oběžné dráhy, nepohybují se vždy stejnou rychlostí. Čím excentričtější je oběžná dráha, tím více frekvencí lze excitovat a vidíme, že tyto rezonance se stávají stále důležitějšími,“ řekl Eggl.
Obraz tohoto umělce ukazuje planetu Proxima b obíhající kolem červeného trpaslíka Proxima Centauri, hvězdy nejbližší Sluneční soustavě. Dvojhvězda Alpha Centauri AB se také objevuje na snímku mezi planetou a samotnou Proximou. Proxima b je o něco hmotnější než Země a obíhá v obyvatelné zóně kolem Proximy Centauri, kde je teplota vhodná pro to, aby na jejím povrchu mohla existovat kapalná voda. Kredit: ESO/M. Kornmesser
V určitém okamžiku se mohou rezonance vzájemně překrývat a způsobit, že celý systém bude poněkud chaotický. Ale i v chaosu by měla existovat určitá období stability. 'V určitém okamžiku dojde k překrývajícím se rezonancím, které mohou vést k chaosu v systému.' V naší studii jsme však ukázali, že existuje dostatek stabilních ‚nemovitostí‘, které si zasluhují důkladné pátrání po měsících kolem planet ve dvouhvězdných systémech,“ řekl spoluautor Eggl.
Tato studie je zaměřena na stabilní nemovitost na oběžné dráze planety v systému tří těles, kde jsou dvě hvězdy a planeta. Tam, kde je planeta stabilní, existuje jako další vnořená hierarchie tří těles mezi dvojhvězdou, planetou a jejím měsícem. Je toho víc: „Kromě toho sekundární hvězda obíhá kolem středu hmoty systému tří těles v takové vzdálenosti, že oběžná dráha planety zůstává stabilní a vytváří hierarchickou konfiguraci čtyř těles,“ píší autoři. Autoři říkají, že se na celé uspořádání můžete dívat jako na dva problémy tří těl, které tvoří páry dohromady.
Vedoucí autor Quarles použil příliv a odliv oceánu zde na Zemi, aby vysvětlil své úsilí. „Hlavní rozdíl oproti binárním systémům spočívá v tom, že doprovodná hvězda funguje jako příliv na pláži, kam pravidelně přichází a leptá pobřeží. Díky excentričtější binární oběžné dráze je odstraněna větší část stabilní „nemovitosti“. To nám může hodně pomoci při hledání měsíců v jiných hvězdných systémech.“
Jedním z ústředních problémů této práce není pouze identifikace exoměsíců, ale také určení jejich dlouhověkosti. Životnost Měsíce může napomoci dlouhodobé obyvatelnosti planety. To je to, co se stalo tady na Zemi. Existuje však mnoho důvodů, proč může být Měsíc vyvržen nebo uniknout z orbitálního sevření své planety. Excentrické dráhy v binárním hvězdném systému jsou jedním z primárních důvodů. Jedna z hvězd ve dvojhvězdném systému působí jako perturber, který odhání Měsíc od jeho planety.
Měsíc hraje velkou roli v obyvatelnosti Země. Totéž pravděpodobně platí i v jiných slunečních soustavách. Obrazový kredit: NASA SVS/Ernie Wright
Vědecké modely ukazují, že rozptýlení slapových sil mezi planetou a jejím měsícem může osvobodit satelit od hostitelské planety. Když tým aplikoval tyto modely na systém Alpha Centauri, zjistil, že hvězda Alpha Centauri A působí jako pertuber a vede k větší excentricitě na oběžné dráze planety podobné Zemi Alpha Centauri B. To může vést k tomu, že všechny měsíce obíhají kolem ní. planeta se stává nestabilní v časovém měřítku 10 Gyr. Ale ne vždy. Zjistili také, že exoměsíce mohou odolat některým excentrickým silám a zůstat stabilní.
Co to všechno znamená? K čemu to vede?
Studiem TTV pozemské analogové planety v Alpha Centauri tým vyvinul omezení toho, jak by konfigurace Země-Měsíc mohla vypadat v jiných binárních slunečních soustavách. TTV pro kombinaci Země-Měsíc v jiných systémech by mohla být velmi malá. Mohl by být tak malý jako některé z TTV detekovaných misí Kepler ve vzdálených slunečních soustavách. Některé z těchto detekcí jsou pravděpodobně astronomickým šumem, některé jsou pravděpodobně důkazem exoměsíců.
Nalezení exoměsíců a pochopení jejich dlouhověkosti by se mohlo ukázat jako kritická metoda hodnocení planet z hlediska potenciální obyvatelnosti, právě tam nahoře s pozicí planety v obyvatelné zóně hvězdy.
'Pokud dokážeme pomocí této metody ukázat, že tam jsou další měsíce, pak pravděpodobně existují další systémy podobné našemu,' řekl Quarles. 'Měsíc je také pravděpodobně kritický pro vývoj života na naší planetě, protože bez Měsíce by sklon osy Země nebyl tak stabilní, což by mělo nepříznivé důsledky pro klimatickou stabilitu.' Jiné recenzované studie ukázaly vztah mezi měsíci a možností komplexního života.“
Více:
- Tisková zpráva: Planety podobné Zemi v jiných slunečních soustavách? Hledejte měsíce.
- Publikovaný výzkum: Exomoons v systémech se silným perturberem: Aplikace pro ? Cen AB
- Vesmír dnes: Nalezen první Exomoon! Měsíc velikosti Neptunu obíhající kolem planety velikosti Jupitera
