Obrazový kredit: John Rowe
Hledání planet podobných Zemi začíná hledáním hvězd podobných Slunci. Na vrcholu seznamu je přiměřeně blízká hvězda s názvem 37 Gem; nachází se v souhvězdí Blíženců. Astronomka Maggie Turnbull byla požádána, aby z celkového seznamu 2 350 hvězd, které jsou od nás do sta světelných let, vytvořila krátký seznam třiceti kandidátských hvězd, které se úzce shodovaly s naším vlastním Sluncem. Tento krátký seznam, včetně 37 drahokamů, bude používán misí Terrestrial Planet Finder, která bude hledat obyvatelné planety hledáním viditelného světla kyslíku nebo vody na planetě podobné Zemi – jistá známka života.
Třicátá sedmá nejzápadnější hvězda v souhvězdí, Blíženci, je žlutooranžová hvězda jako naše vlastní slunce. Hvězda se nazývá 37 Geminorum, ale pro astrofyzičku Margaret Turnbull je hvězda výjimečná, protože nabízí případovou studii pro zvážení toho, co by se mohlo kvalifikovat jako dobrý kandidát na umístění obyvatelných planet.
Při sestavování svého seznamu hvězd, které by mohly podporovat planety s kapalnou vodou a kyslíkem, musí vyloučit slunce, která jsou extrémní: buď příliš mladá, nebo příliš stará, která rotují příliš rychle, nebo mají dostatečně proměnlivou jasnost, aby způsobila klimatický chaos na jakékoli planetě. blízký svět.
Ve vzdálenosti 56,3 světelných let od nás hvězda 37 Gem ještě nevykazuje známky existence takových planet nebo jiných planet – ale budoucí NASA a evropské teleskopy se snaží zaměřovat hvězdy stejně jako 37 Gem, protože by se mohly sdílet. některé ze stejných vlastností, které učinily naši vlastní sluneční soustavu obyvatelnou. Dosud bylo pomocí pozemských dalekohledů nalezeno více než 100 extrasolárních planet a odhady celkového počtu takových planet v naší galaxii mohou být v miliardách kandidátských světů.
Maggie Turnbull z University of Arizona v Tucsonu byla požádána, aby vytvořila krátký seznam třiceti kandidátů na hvězdy, které se nejvíce podobaly jiným sluncím schopným podporovat podmínky pro rozkvět života. Zahájení pátrání mezi hvězdami vzdálenými méně než sto světelných let přineslo asi 2 350 hvězd, které je třeba dále zvážit.
Turnbull nedávno představila své výsledky skupině vědců z projektu vesmírného teleskopu NASA, Terrestrial Planet Finder (TPF), který bude hledat obyvatelné planety pomocí viditelného světla s „podpisem“ vody a/nebo kyslíku ze Země. typu planeta. Po plánovaném startu TPF kolem roku 2013 bude následovat evropský Darwinův projekt zahrnující šest vesmírných teleskopů.
Seznam hvězd byl oříznut z ještě většího seznamu (17 129 hvězd v okruhu 450 světelných let neboli 140 parseků), který Turnbull a poradkyně Jill Tarter z institutu SETI poprvé publikovali v časopise Astrophysical Journal. Seznam se stal známým jako Katalog blízkých obyvatelných hvězdných systémů (nebo HabCat). Jejich článek publikovaný v srpnu s názvem „Výběr cíle pro SETI: I. Katalog blízkých obyvatelných hvězdných systémů“ rozšířil předchozí seznamy kandidátů téměř desetinásobně, tedy o řád.
Pro podporu komplexního života musí mít kandidátská hvězda správnou barvu, jas a věk. Pokud je to hvězda středního věku, jako je ta naše, spálila dostatek fúzních lehkých prvků, aby produkovala těžší kovy, jako je železo, ale ne tak stará, aby se zhroutila nebo tak mladá, aby život byl jen vyhlídkou do vzdálené budoucnosti. Na základě toho, jaké fragmenty víme o tom, jak se na Zemi objevil složitý život, se Turnbullovo pátrání zaměřuje na nalezení „zlatohlávky“ hvězd, která se zdá být „tak akorát“.
Proč tedy 37 Gem?
37 Geminorum leží v severozápadní části souhvězdí Blíženců, pojmenovaného po Dvojčatech. Pro amatérské astronomy s dobrým dalekohledem na dvorku je viditelný 37 Gem. V řecké mytologii se dvojčata Blíženci plavila s Jasonem při hledání Zlatého rouna; během bouře pomohla dvojčata zachránit jejich loď ARGO před potopením, a tak se souhvězdí stalo velmi ceněným námořníky.
Většina hvězd jako Gem 37 je seskupena do malého počtu spektrálních tříd, založených zhruba na barvě světla, které vyzařují. Přehled hvězd nazvaný Katalog Henryho Drapera uvádí spektrální třídy v sedmi širokých kategoriích, od nejžhavějších po nejchladnější hvězdy. Tyto typy jsou označeny v pořadí podle klesající teploty písmeny O, B, A, F, G, K a M. Nomenklatura má kořeny v dávno zastaralých představách o hvězdném vývoji, ale terminologie zůstává zachována. Naše slunce, klasifikované na jemnějším měřítku jako typický trpaslík ‚G2V‘, je staré přibližně 4,5 miliardy let. Kandidátská hvězda, 37 Gem, je podobně středního věku, ale poněkud starší o miliardu let, má 5,5 miliardy let.
Ve spektrech hvězd typu G, jako je naše vlastní (a 37 Gem), dominují určité chemické prvky, jak signalizují jejich charakteristické spektrální čáry (nebo emise). Prvky nejvíce aktuálního zájmu jsou kovy, zvláště pro hvězdné znaky bohaté na železo, vápník, sodík, hořčík a titan. Astronomicky řečeno, ve srovnání s klasifikací našeho slunce jako typického trpaslíka G2V má 37 Gem mírně vyšší povrchovou teplotu. Turnbullův hlavní výběr – 37 Gem – je tedy katalogizován jako trpaslík G0V – což znamená, že je to také žlutooranžová trpasličí hvězda hlavní posloupnosti. Protože hvězdy G se vyznačují přítomností těchto kovových čar a slabým vodíkovým spektrem, mají společný věk, hmotnost a svítivost.
Jinak je 37 Gem blízko našemu slunečnímu dvojčeti nebo protějšku Slunce podobnému Blížencům: 1,1násobek hmotnosti našeho Slunce, 1,03násobek jeho průměru a 1,25násobek jeho svítivosti.
Svítivost jsou „možná nejdůležitější informace“, řekl Turnbull pro Astrobiology Magazine, „používáme při určování obyvatelnosti blízkých hvězd“ pro komplexní život, protože svítivost ukazuje, ve které fázi života se hvězda nachází, a to zase určuje, jak dlouho bude hvězda zůstane stabilní.
Astrobiology Magazine měl příležitost mluvit s Maggie Turnbull na Steward Observatory v Tucsonu o tom, jak vybrat hvězdné kandidáty pro obyvatelnost.
Časopis astrobiologie (AM): Váš nedávný průzkum začal zkoumat vzdálenost asi 100 světelných let od našeho Slunce a všechny hvězdy uvnitř tohoto poloměru, je to tak? To byla vizuální sféra pro zahájení hledání?
Margaret Turnbull (MT): V okruhu 30 parseků je asi 2 350 hvězd Hipparcos (90 světelných
let), maximální vzdálenost pro misi Terrestrial Planet Finder (TPF). V této vzdálenosti je celkem asi 5 000 hvězd, ale my se díváme pouze na hvězdy Hipparcos, takže můj startovní seznam je dlouhý 2 350 hvězd.
DOPOLEDNE: Už jste někdy dostali do ruky dalekohled na dvorku, abyste viděli 37 Gem?
MT: Určitě by to mělo být vidět zadním dalekohledem, ale ne, nedíval jsem se na to na vlastní oči! Díky fotometrii (měřící její jas) a spektroskopii (měřící její složení), na kterou jsem se díval, mám pocit, že ji „znám“, aniž bych ji kdy viděl.
Pro 37 Gem je však třeba udělat více pozorování. Potřebujeme například provést infračervené zobrazení s vysokým rozlišením této hvězdy, než budeme moci říci, že by měla být cílem – pokud zjistíme, že kolem pluje spousta trosek, budeme ji muset ze seznamu odstranit.
DOPOLEDNE: Byla hvězda, 37 Gem, hodně odlišná od čísla dvě na seznamu třiceti nejlepších kandidátů?
MT: Ve skutečnosti jsou „nejlepší“ hvězdy všechny navzájem velmi podobné a ve skutečnosti nemá moc smysl pokoušet se je seřadit. 37 Gem je náhodou jednou z nejbližších hvězd, která také splňuje inženýrská kritéria, takže v tuto chvíli to vypadá jako velmi dobrý kandidát na hledání TPF.
DOPOLEDNE: Jen pro zajímavost, která hvězda byla oficiálně dvojkou na seznamu?
MT: Když se budete dívat pouze na třicet hvězd, všechny by měly být „jednička“. To znamená, že každá hvězda, kterou pozorujeme, musí být primárním zájmem mise, protože nemáme času nazbyt. Stále jsme v procesu přesné definice primárního cíle mise.
Pokud je cílem podívat se na rozsah spektrálních typů, pak nejvyšší hvězdy mohou zahrnovat velmi blízké hvězdy K nebo M, ale pokud je cílem podívat se na 30 hvězd nejvíce podobných Slunci, pak hvězdy jako 18 Sco (sluneční dvojče na 14 parseků v souhvězdí Štíra), beta CVn („ohař“) nebo 51 Peg („Pegas“, létající kůň) mohou skončit jako naše nejlepší sázky.
DOPOLEDNE: Chybí jeden nebo dva údaje, které by pomohly klasifikaci lépe vypilovat hvězdné kandidáty?
MT: V současné době je infračervené zobrazování s vysokým rozlišením chybějící část dat, která rozhodně potřebujeme. Potřebujeme vědět, zda tyto hvězdy mají zaprášené disky trosek, které by znesnadňovaly detekci planet, které tam obíhají.
Slunce má značné množství zodiakálního prachu, protože Jupiter neustále hýbe pásem asteroidů a jak se asteroidy srazí, přidávají prach do Sluneční soustavy.
Podobná úroveň prachu kolem jiných hvězd nemusí zkazit naše šance na spatření planet, ale určitě bychom to chtěli omezit na minimum.
DOPOLEDNE: Jaké jsou vaše budoucí plány se seznamem hvězd na podporu misí Terrestrial Planet Finder a Darwin?
MT: Ještě jsem nepředložil svůj ‚konečný‘ seznam vědecké pracovní skupině TPF 18. a 19. listopadu na americké námořní observatoři během setkání s ostatními, kteří si vytvářejí své vlastní seznamy.
Svou metodologii jsem skupině již představil, 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 věci jako: nemůže mít doprovodnou hvězdu během několika úhlových sekund, i když se společník nestará o stabilitu planety, protože dodatečné světlo kontaminuje zorné pole; nelze se dívat na hvězdy slabší než asi 6. magnituda; během celého roku se může dívat pouze na hvězdy vzdálené nejméně ~60 stupňů od Slunce atd.
DOPOLEDNE: Svůj první katalog obyvatelných hvězd jste publikovali v srpnu tohoto roku a tato klasifikace má druhou část. Jaké jsou hlavní plány pro část II HabCat?
MT: Jill Tarter a já jsme nedávno zaslali druhý dokument o cílovém seznamu SETI, který se objeví v Astrophysical Journal Supplements v prosinci. Tento dokument uvádí seznam starých, vysoce metalických otevřených hvězdokup, nejbližších 100 hvězd bez ohledu na typ hvězd a asi 250 000 hvězd hlavní posloupnosti z katalogu Tycho, z nichž všechny budou pozorovány pomocí Allen Telescope Array (ATA), kdykoli bude HabCat hvězda není k dispozici k pozorování.
Primární paprsek ATA bude nasměrován radioastronomy a budou vytvářet mapy svých vlastních cílů s velmi vysokým rozlišením, zatímco ve stejnou dobu budeme pozorovat hvězdy HabCat (nebo hvězdy z našich seznamů v Paper 2) pro SETI.
DOPOLEDNE: A konečně, plánují mise, Kepler a TPF, druhy vylepšení, které by ve svých průzkumech přinesly detekci více planet velikosti Země, nejen plynných obrů, pro danou hvězdu?
MT: Ano. Kepler nám dá indikaci toho, jak jsou pozemské planety běžné, sledováním tisíců hvězd podobných Slunci kvůli „tranzitům“ – událostem, kdy planeta skutečně prochází před hvězdou, kterou obíhá, a dočasně blokuje trochu světla hvězdy.
Terrestrial Planet Finder na to naváže tím, že skutečně zobrazí planety obíhající kolem nejbližších hvězd a pomocí spekter nám řekne, zda tyto planety mají atmosféru.
Můžeme hledat vodu, kyslík a oxid uhličitý, a pokud budeme mít štěstí, můžeme dokonce vidět nějaké přímé známky života ve formě vegetace nebo silné atmosférické nerovnováhy, jako je současná přítomnost kyslíku a metanu (kvůli na současnou přítomnost rostlin a metanogenních bakterií na Zemi).
Co bude dál
Jakákoli mise k detekci a spektroskopické charakterizaci terestrických planet kolem jiných hvězd musí být navržena tak, aby mohla detekovat různé typy terestrických planet s užitečným výsledkem. Takové mise jsou nyní ve studiu – Terrestrial Planet Finder (TPF) od NASA a Darwin od ESA, Evropské vesmírné agentury. Hlavním cílem TPF/Darwin je poskytovat data biologům a atmosférickým chemikům.
Koncept TPF/Darwin je založen na předpokladu, že je možné spektroskopicky analyzovat obyvatelnost extrasolárních planet. Aby byl takový předpoklad platný, musíme si odpovědět na následující otázky. Co dělá planetu obyvatelnou a jak je lze studovat na dálku? Jaké rozmanité účinky může mít biota na spektra planetárních atmosfér? Jaká falešná pozitiva můžeme očekávat? Jaké budou pravděpodobně evoluční historie atmosfér? A zejména, jaké jsou silné ukazatele života?
TPF/Darwin musí prozkoumat blízké hvězdy pro planetární systémy, které zahrnují planety pozemské velikosti v jejich obyvatelných zónách („planety podobné Zemi“). Prostřednictvím spektroskopie musí TPF/Darwin určit, zda tyto planety mají atmosféru, a zjistit, zda jsou obyvatelné.
Mise Kepler je rovněž naplánována na vypuštění na oběžnou dráhu Slunce v říjnu 2006. Kepler je zamýšlen jako mise k určení frekvence vnitřních planet v blízkosti obyvatelné zóny široké škály hvězd. Kepler bude současně pozorovat 100 000 hvězd v našem galaktickém „sousedství“, přičemž bude hledat planety velikosti Země nebo větší planety v „obyvatelné zóně“ kolem každé hvězdy – v nepříliš horké a ne příliš chladné zóně, kde by mohla existovat kapalná voda. planeta.
Aby upozornil na obtížnost detekce planety velikosti Země obíhající kolem vzdálené hvězdy, hlavní výzkumník Keplera William Borucki z NASA Ames zdůrazňuje, že k pokrytí slunečního disku by bylo zapotřebí 10 000 Zemí. Jeden odhad NASA říká, že Kepler by měl objevit 50 pozemských planet, pokud je většina nalezených planet o velikosti Země, 185 planet, pokud je většina o 30 procent větší než Země, a 640, pokud je většina 2,2krát větší než Země. Kromě toho se očekává, že Kepler najde téměř 900 obřích planet v blízkosti svých hvězd a asi 30 obrů obíhajících ve vzdálenosti podobné Jupiteru od svých mateřských hvězd.
Protože většina dosud nalezených plynných obřích planet obíhá mnohem blíže ke svým hvězdám než Jupiter ke Slunci, Borucki věří, že během čtyř až šestileté mise najde Kepler velkou část planet docela blízko hvězd. Pokud se to potvrdí, říká: 'Očekáváme, že najdeme tisíce planet.'
Při použití současných metod by dnes pro astronomy bylo velmi obtížné detekovat planetu velikosti Země kolem hvězdy 37 Gem. Minulé analýzy však některé možnosti vyloučily. Například obří planeta, jako je náš Jupiter nebo Saturn, neobíhá kolem 37 Gem. Tyto studie naznačují, že obří planety o hmotnosti jedné desetiny až desetinásobku hmotnosti Jupiteru v blízkosti 37 Gem neexistují (v rozmezí 0,1 až čtyř astronomických jednotek nebo jedné vzdálenosti Země-Slunce, AU, viz také Cummings et al, 1999). . Kvůli problémům s hledáním matných planet v blízkosti mnohem jasnějších hvězd jsou téměř všechny dosud nalezené extrasolární planety jako náš vlastní Jupiter – hmotné, pravděpodobně plynné a nepravděpodobné, že by u nich existovaly podmínky pro život kvůli jejich těsné blízkosti mateřské hvězdy. .
Ale podmínky kolem 37 Gem by mohly podporovat menší vnitřní planety, jako je Venuše nebo Země. Nikdo neví. Pouze budoucí průzkumy budou mít přístrojové vybavení schopné najít takové planety podobné Zemi.
Modely hvězd jako 37 Gem však podporují možnou existenci alespoň jedné stabilní oběžné dráhy pro planetu podobnou Zemi (s kapalnou vodou) se středem kolem jedné vzdálenosti Země-Slunce (1,12 AU). Taková předpokládaná planeta by v naší sluneční soustavě obíhala mezi vzdáleností Země a Marsu. Tato neobjevená planeta, pokud ji bude možné v budoucích studiích detekovat, bude mít rok, který trvá více než 450 dní, neboli oběžnou dobu asi 1,3 pozemského roku.
Vzhledem k tomu, že život generující kyslík na Zemi trval asi dvě miliardy let, než se uchytil, hvězdy mnohem mladší než tato by pravděpodobně neměly dostatek času na to, aby se život vyvinul do nějakých složitých forem. Vzhledem k tomu, že evoluce života na Zemi trvá miliardy let, mohli by vědci pochybovat o tom, zda by měl život šanci ve sluneční soustavě s kratší životností. Teplejší a hmotnější hvězdy byly vždy považovány za méně pravděpodobné, že by v nich byl život, ale ne proto, že by byly příliš horké. Planety si stále mohly užívat mírného podnebí, jen dále než Země od Slunce a na oběžné dráze dále od své vlastní mateřské hvězdy. Prvním problémem obyvatelnosti je čas, nikoli teplota. Žhavější hvězdy mají tendenci vyhořet rychleji – možná příliš rychle na to, aby se tam mohl vyvinout život.
Původní zdroj: Časopis astrobiologie