Hvordan ser de etter planeter i den beboelige sonen, hvilke forhold som er nødvendige for livsdannelse og hva som er interessant med oppdagelsen av eksoplaneten Proxima b
Den beboelige sonen, som på engelsk kalles den beboelige sonen, er et område i verdensrommet med de gunstigste livsvilkår for den landlige typen. Begrepet habitat betyr at nesten alle livsvilkår er oppfylt, vi ser det bare ikke. For egnethet for livet bestemmes av følgende faktorer: tilstedeværelse av vann i flytende form, en tilstrekkelig tett atmosfære, kjemisk mangfold (enkle og komplekse molekyler basert på H, C, N, O, S og P) og tilstedeværelsen av en stjerne som bringer den nødvendige mengden energi.
Studiehistorie: terrestriske planeter
Fra astrofysikkens synspunkt var det flere stimuli for fremveksten av begrepet en beboelig sone. Tenk på vårt solsystem og fire landlige planeter: Merkur, Venus, Jorden og Mars. Kvikksølv har ingen atmosfære, og det er for nær solen, derfor ikke veldig interessant for oss. Dette er en planet med en trist skjebne, for selv om den hadde en atmosfære, ville den bli ført bort av solvinden, det vil si en strøm av plasma som kontinuerlig strømmer fra stjernens korona.
Tenk på resten av de jordiske planetene i solsystemet - dette er Venus, Jorden og Mars. De oppsto praktisk talt på samme sted og under de samme forholdene for 4,5 milliarder år siden. Og derfor, fra astrofysikkens synspunkt, bør deres utvikling være ganske lik. Nå, i begynnelsen av romalderen, når vi har avansert i studiet av disse planetene ved bruk av romfartøy, viste resultatene som ble oppnådd ekstremt forskjellige forhold på disse planetene. Vi vet nå at Venus har veldig høyt trykk og er veldig varmt på overflaten, 460-480 ° C - dette er temperaturer hvor mange stoffer til og med smelter. Og fra de første panoramabildene på overflaten, så vi at det er helt livløst og praktisk talt ikke tilpasset livet. Hele overflaten er ett kontinent.
Terrestriske planeter - Merkur, Venus, Jorden, Mars
Salgsfremmende video:
commons.wikimedia.org
På den annen side, Mars. Det er en kald verden. Mars har mistet atmosfæren. Dette er igjen en ørkenoverflate, selv om det er fjell og vulkaner. Karbondioksidatmosfæren er veldig tynn; hvis vannet var der, så var det hele frossent. Mars har en polar hette, og nylige resultater fra et oppdrag til Mars antyder at det finnes is under sanddekket - regolitten.
Og jorden. Veldig gunstig temperatur, vann fryser ikke (i alle fall ikke overalt). Og det var på jorden livet oppsto - både primitivt og flercellet, intelligent liv. Det ser ut til at vi ser en liten del av solsystemet, der tre planeter, kalt terrestriske planeter, ble dannet, men deres utvikling er helt annerledes. Og på disse første ideene om planetenes mulige evolusjonsveier oppstod ideen om den beboelige sonen.
Vanlige sonegrenser
Astrofysikere observerer og studerer verden rundt oss, det ytre rom som omgir oss, det vil si vårt solsystem og planetariske systemer i andre stjerner. Og for på en eller annen måte å systematisere, hvor du skal se, hvilke gjenstander du vil være interessert i, må du forstå hvordan du bestemmer den beboelige sonen. Vi har alltid trodd at andre stjerner burde ha planeter, men instrumentalkraft gjorde det mulig for oss å oppdage de første eksoplaneter - planeter som ligger utenfor solsystemet - for bare 20 år siden.
Hvordan bestemmes de indre og ytre grensene for den beboelige sonen? Det antas at i vårt solsystem er den beboelige sonen plassert i en avstand fra 0,95 til 1,37 astronomiske enheter fra solen. Vi vet at Jorden er en astronomisk enhet (AU) fra sola, Venus er 0,7 AU. e., Mars - 1,5 a. Det vil si at hvis vi kjenner lysstyrken til en stjerne, så er det veldig enkelt å beregne sentrum av den beboelige sonen - du trenger bare å ta kvadratroten av forholdet mellom lysstyrken til denne stjernen og referere til lysets sollys, det vil si:
Rae = (Lstar / Lsun) 1/2.
Her er Rae den gjennomsnittlige radius for den beboelige sonen i astronomiske enheter, og Lstar og Lsun er henholdsvis bolometriske lysstyrker til henholdsvis den etterspurte stjernen og Solen. Grensene for den beboelige sonen er satt basert på kravet om tilstedeværelse av flytende vann på planetene som ligger i den, siden det er et nødvendig løsningsmiddel i mange biomekaniske reaksjoner. Utover den ytre grensen av den beboelige sonen mottar planeten ikke nok solstråling til å kompensere for strålingstap, og temperaturen vil falle under frysepunktet for vann. En planet som ligger nærmere stjernen enn den indre grensen til den beboelige sonen, vil bli overdreven oppvarmet av strålingen, som et resultat av at vannet vil fordampe.
Strengere bestemmes den indre grensen både av avstanden til planeten fra stjernen og av sammensetningen av dens atmosfære, og spesielt av tilstedeværelsen av såkalte klimagasser: vanndamp, karbondioksid, metan, ammoniakk og andre. Som kjent forårsaker klimagasser oppvarming av atmosfæren, som i tilfelle en katastrofalt voksende drivhuseffekt (for eksempel tidlig Venus) fører til fordampning av vann fra planetens overflate og tap fra atmosfæren.
Den ytre grensen er allerede den andre siden av saken. Det kan være mye lenger når det er lite energi fra solen og tilstedeværelsen av klimagasser i Mars-atmosfæren er ikke tilstrekkelig til at drivhuseffekten skaper et mildt klima. Så snart energimengden blir utilstrekkelig, kondenserer klimagasser (vanndamp, metan, etc.) fra atmosfæren, faller det som regn eller snø, og så videre. Og de faktiske klimagassene har samlet seg under polarhetten på Mars.
Det er veldig viktig å si ett ord om den beboelige sonen for stjerner utenfor solsystemet vårt: potensial er en sone med potensiell beboelighet, det vil si at betingelser er oppfylt i den som er nødvendige, men ikke tilstrekkelig for livets dannelse. Her må vi snakke om planetenes levedyktighet, når en rekke geofysiske og biokjemiske fenomener og prosesser kommer i spill, for eksempel planetens magnetiske felt, platetektonikk, varigheten av planetariske dager, og så videre. De listede fenomenene og prosessene studeres nå aktivt i en ny retning av astronomisk forskning - astrobiologi.
Søk etter planeter i den beboelige sonen
Astrofysikere ser ganske enkelt etter planeter og bestemmer deretter om de er i den beboelige sonen. Fra astronomiske observasjoner kan du se hvor denne planeten befinner seg, hvor dens bane er. Hvis du er i den beboelige sonen, øker øyeblikkelig interessen for denne planeten. Deretter må du studere denne planeten i andre aspekter: atmosfære, kjemisk mangfold, tilstedeværelsen av vann og varmekilden. Dette tar oss allerede litt utenfor parentesene av begrepet "potensial". Men hovedproblemet er at alle disse stjernene er veldig langt unna.
Det er en ting å se en planet i nærheten av en stjerne som solen. Det finnes en rekke eksoplaneter som ligner vår jord - de såkalte under- og superjordene, det vil si planeter med radier som ligger nær eller litt overstiger jordens radius. Astrofysikere studerer dem ved å studere atmosfæren, vi ser ikke overflater - bare i isolerte tilfeller, den såkalte direkte bildebehandlingen, når vi bare ser et veldig fjernt punkt. Derfor må vi studere om denne planeten har en atmosfære, og i så fall, hva er dens sammensetning, hvilke gasser som er der, og så videre.
Eksoplanett (rød prikk til venstre) og brun dverg 2M1207b (midten). Første bilde tatt med direkte bildeteknologi i 2004
ESO / VLT
I bred forstand er søket etter liv utenfor solsystemet, og i solsystemet, søket etter såkalte biomarkører. Biomarkører antas å være kjemiske forbindelser av biologisk opprinnelse. Vi vet at for eksempel biomarkøren på jorden er tilstedeværelsen av oksygen i atmosfæren. Vi vet at det var veldig lite oksygen på den tidlige jorden. Det enkleste, primitive livet oppsto tidlig, flercellede liv oppstod ganske sent, for ikke å nevne intelligent. Men så, på grunn av fotosyntesen, begynte oksygen å dannes, atmosfæren endret seg. Og dette er en av de mulige biomarkørene. Nå fra andre teorier vet vi at det finnes en rekke planeter med oksygenatmosfærer, men dannelsen av molekylært oksygen der er ikke forårsaket av biologiske, men av vanlige fysiske prosesser,la oss si at nedbrytningen av vanndamp under påvirkning av ultrafiolett stråling. Derfor er ikke all entusiasme for at så snart vi ser molekylært oksygen, vil være en biomarkør, helt berettiget.
Oppdraget "Kepler"
Kepler-romteleskopet (CT) er et av de mest vellykkede astronomiske oppdragene (selvfølgelig etter Hubble-romteleskopet). Den har som mål å finne planeter. Takket være Kepler CT har vi gjort et kvantesprang i eksoplanettforskning.
Kepler CT var fokusert på en måte å oppdage - de såkalte transittene, da et fotometer - det eneste instrumentet om bord i satellitten - sporet endringen i lysstyrken til en stjerne i det øyeblikket planeten passerte mellom den og teleskopet. Dette ga informasjon om planetens bane, dens masse, temperaturregime. Og dette gjorde det mulig å identifisere rundt 4500 potensielle planetariske kandidater under den første delen av dette oppdraget.
Romteleskopet "Kepler"
NASA
I astrofysikk, astronomi og sannsynligvis innen all naturvitenskap er det vanlig å bekrefte funn. Fotometeret registrerer at lysstyrken til stjernen endres, men hva kan dette bety? Kanskje har stjernen en slags interne prosesser som fører til endringer; planetene passerer - det er mørklagt. Derfor er det nødvendig å se på hyppigheten av endringer. Men for å si sikkert at det er planeter, må du bekrefte dette på noen måte - for eksempel ved å endre stjernens hastighet. Det vil si at nå er det rundt 3600 planeter - dette er planeter bekreftet av flere observasjonsmetoder. Og det er nesten 5000 potensielle kandidater.
Proxima Centauri
I august 2016 ble det mottatt bekreftelse på tilstedeværelsen av en planet ved navn Proxima b nær stjernen Proxima Centauri. Hvorfor er det så interessant for alle? Av en veldig enkel grunn: det er den nærmeste stjernen til solen vår i en avstand på 4,2 lysår (det vil si at lys dekker denne avstanden på 4,2 år). Dette er den nærmeste eksoplaneten for oss og muligens det nærmeste himmellegeme til solsystemet, som liv kan eksistere på. De første målingene ble tatt i 2012, men siden denne stjernen er en kjølig rød dverg, måtte en veldig lang rekke målinger tas. Og en rekke vitenskapelige team fra European Southern Observatory (ESO) har observert stjernen i flere år. De laget et nettsted kalt Pale Red Dot (palereddot.org - red.), Det vil si en 'blek rød prikk', og la ut observasjoner der. Astronomer tiltrakk seg forskjellige observatører, og det var mulig å spore resultatene fra observasjonene i det offentlige. Så det var mulig å følge selve prosessen med oppdagelsen av denne planeten nesten online. Og navnet på det observasjonsprogrammet og nettstedet går tilbake til begrepet Pale Red Dot myntet av den anerkjente amerikanske forskeren Carl Sagan for bilder av planeten Jorden overført med romfartøy fra dypet av solsystemet. Når vi prøver å finne en planet som Jorden i andre stjernesystemer, kan vi prøve å forestille oss hvordan planeten vår ser ut fra verdensdypet. Dette prosjektet ble kalt Pale Blue Dot ('lyseblå prikk'), fordi planen fra verdensrommet, på grunn av lysets atmosfære, er synlig som en blå prikk.det var mulig å følge selve prosessen med oppdagelsen av denne planeten nesten online. Og navnet på det observasjonsprogrammet og nettstedet går tilbake til begrepet Pale Red Dot myntet av den anerkjente amerikanske forskeren Carl Sagan for bilder av planeten Jorden overført med romfartøy fra dypet av solsystemet. Når vi prøver å finne en planet som Jorden i andre stjernesystemer, kan vi prøve å forestille oss hvordan planeten vår ser ut fra verdensdypet. Dette prosjektet ble kalt Pale Blue Dot ('lyseblå prikk'), fordi planen fra verdensrommet, på grunn av lysets atmosfære, er synlig som en blå prikk.det var mulig å følge selve prosessen med oppdagelsen av denne planeten nesten online. Og navnet på det observasjonsprogrammet og nettstedet går tilbake til begrepet Pale Red Dot, myntet av den berømte amerikanske forskeren Carl Sagan for bilder av planeten Jorden som er overført med romfartøy fra solsystemets dyp. Når vi prøver å finne en planet som Jorden i andre stjernesystemer, kan vi prøve å forestille oss hvordan planeten vår ser ut fra verdensdypet. Dette prosjektet ble kalt Pale Blue Dot ('lyseblå prikk'), fordi planen fra verdensrommet, på grunn av lysets atmosfære, er synlig som en blå prikk.foreslått av den berømte amerikanske forskeren Carl Sagan for bilder av planeten Jorden, overført med romfartøy fra dypet av solsystemet. Når vi prøver å finne en planet som Jorden i andre stjernesystemer, kan vi prøve å forestille oss hvordan planeten vår ser ut fra verdensdypet. Dette prosjektet ble kalt Pale Blue Dot ('lyseblå prikk'), fordi planen fra verdensrommet, på grunn av lysets atmosfære, er synlig som en blå prikk.foreslått av den berømte amerikanske forskeren Carl Sagan for bilder av planeten Jorden, overført med romfartøy fra dypet av solsystemet. Når vi prøver å finne en planet som Jorden i andre stjernesystemer, kan vi prøve å forestille oss hvordan planeten vår ser ut fra verdensdypet. Dette prosjektet ble kalt Pale Blue Dot ('lyseblå prikk'), fordi planen fra verdensrommet, på grunn av lysets atmosfære, er synlig som en blå prikk.
Planet Proxima b befant seg i den beboelige sonen til stjernen og relativt nær Jorden. Hvis vi, planeten Jorden, er en astronomisk enhet fra stjernen vår, er denne nye planeten 0,05, det vil si 200 ganger nærmere. Men stjernen lyser svakere, den er kaldere, og allerede på slike avstander faller den inn i den såkalte tidevannssonen. Når jorden fanget månen og de roterer sammen, er den samme situasjonen her. Men samtidig blir den ene siden av planeten varmet opp, og den andre er kald.
Det påståtte landskapet til Proxima Centauri b sett av kunstneren
ESO / M. Kornmesser
Det er slike klimatiske forhold, et vindsystem som utveksler varme mellom den oppvarmede delen og den mørke delen, og på grensene til disse halvkule kan det være ganske gunstige livsvilkår. Men problemet med planeten Proxima Centauri b er at forelderstjernen er en rød dverg. Røde dverger lever ganske lang tid, men de har en spesifikk egenskap: de er veldig aktive. Det er stjernevarsler, utspring av koronale masser og så videre. Ganske mange vitenskapelige artikler om dette systemet er allerede publisert, hvor de for eksempel sier at i motsetning til jorden, er nivået av ultrafiolett stråling 20-30 ganger høyere. Det vil si at for å ha gunstige forhold på overflaten, må atmosfæren være tett nok til å beskytte mot stråling. Men dette er den eneste eksoplaneten nærmest oss,som kan studeres i detalj med neste generasjon astronomiske instrumenter. Følg atmosfæren, se hva som skjer der, om det er klimagasser, hva er klimaet der, eller om det er biomarkører der. Astrofysikere vil studere planeten Proxima b, et hett objekt for forskning.
perspektiver
Vi venter på at flere nye bakkebaserte og romteleskoper, nye instrumenter skal lanseres. I Russland vil dette være romteleskopet Spektr-UF. Institute of Astronomy of the Russian Academy of Sciences jobber aktivt med dette prosjektet. I 2018 lanseres det amerikanske romteleskopet. James Webb er neste generasjon sammenlignet med CT im. Hubble. Oppløsningen vil være mye høyere, og vi vil være i stand til å observere sammensetningen av atmosfæren i de eksoplaneter som vi kjenner til, på en eller annen måte løse deres struktur, klimatiske system. Men vi må forstå at dette er et vanlig astronomisk instrument - naturlig nok vil det være veldig sterk konkurranse, så vel som på CT. Hubble: noen vil se galaksen, noen - stjernene, noen andre noe. Flere spesialiserte oppdrag for å utforske eksoplaneter er planlagt,for eksempel NASAs TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite). Faktisk kan vi i løpet av de neste ti årene forvente en betydelig utvikling av vår kunnskap om eksoplaneter generelt og om potensielt beboelige eksoplaneter som Jorden, spesielt.
Valery Shematovich, doktor i fysikk og matematikk, leder for Institutt for solsystemforskning, Institutt for astronomi, Russiske vitenskapsakademi
