Mer nylig kommenterte vi oppdagelsen av Proxima b, en planet som har blitt et kirsebær på toppen av en eksoplanetær kake. Og den 22. februar 2017, med fanfare, ble det kunngjort oppdagelsen av tre planeter samtidig i den beboelige sonen til en annen rød dverg, TRAPPIST-1. Dette systemet er nesten ti ganger lenger enn Proxima Centauri, men det er minst to omstendigheter som gjør at funnet er det andre kirsebæret på kaken de siste månedene. Den:
- det er tre planeter i den beboelige sonen på en gang, dette øker sannsynligheten for at minst en av dem er egnet for livet;
- i motsetning til Proxima b er disse planetene flyktige, det vil si at de passerer langs stjerneskiven for en jordisk observatør, noe som i stor grad letter observasjonen av deres atmosfære.
Noen få ord om sensasjonens historie. Systemet ble oppdaget i 2015 av det lille belgiske teleskopet TRAPPIST. Navnet - Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope South - er skreddersydd for det belgiske ølmerket. Teleskopet ligger i Chile ved La Silla-observatoriet til det europeiske sørlige observatoriet.
Med sin hjelp ble tre transittplaneter oppdaget nær den kalde røde dvergen 2MASS J23062928-0502285 [1], som fikk det andre, mer menneskelige navnet TRAPPIST-1 - dette var det første planetariske systemet som ble oppdaget av dette teleskopet. Deretter ble systemet observert av det europeiske VLT (Very Large Telescope) -teleskopet, og til slutt, takket være data fra NASA Spitzer infrarøde romteleskop, var systemet "utrettet" og fant ut at det er syv planeter. Egentlig var det siste trinnet NASAs pressekonferanse 22. februar.
Figur: 1. Lyskurve for TRAPPIST-1-stjernen under den 20-dagersøkten til Spitzer-romteleskopet. Grønne prikker - observasjoner med bakkebaserte teleskoper. Vertikal - stjernens lysstyrke for øyeblikket i forhold til den gjennomsnittlige lysstyrken. Diamanter markerer transittene til bestemte planeter. De oppadgående utkastene av poeng er mest sannsynlig stjernefakkel. Det er bare en transitt av planeten h. Dens periode og omløpsradius er estimert fra varigheten av en enkelt transitt (se figur 2)
Figur: 2. Lyskurver av stjernen under gjennomgangene av hver av de syv planetene
Kampanjevideo:
Den beboelige sonen inkluderer planetene e, f, g, men ved første øyekast er planet d mer egnet for varmeintensitet enn g. Dette krever en ganske kompleks diskusjon med estimater av den mulige drivhuseffekten, inkludert mye usikkerhet. Selvfølgelig er begrepet en beboelig sone veldig vilkårlig.
Uansett hvordan vi definerer den beboelige sonen, er det alvorlige problemer med den egentlige levedyktigheten til hver av disse planetene. Samme problemer som Proxima b. De er forbundet med naturen til røde dverger.
1. Dette er stjerner med veldig voldsom magnetisk aktivitet. De har et tykt konvektivt lag. I motsetning til solen, hvor varme overføres hovedsakelig gjennom diffusjon av fotoner, hersker konveksjon der. Solen har også konveksjon, og det er grunnen til at flekker, bluss, fremtredende vises og på jorden - magnetiske stormer og nordlys. Der er alle disse fenomenene mye mer intense.
2. Lysstyrken til disse stjernene i begynnelsen av biografien endres sterkt. De første millioner årene skinner de flere titalls eller hundrevis av ganger lysere enn i stabil tilstand.
3. Den beboelige sonen til røde dverger er så nær stjernen at planetene faller inn i en tidevannslukking: enten er de alltid vendt mot stjernen med den ene siden, eller så er dagen lenger enn året (for TRAPPIST-1-systemet er det første alternativet mer sannsynlig).
Hva du skal gjøre, naturen for andre gang på mindre enn et år glir oss bare ikke så veldig oppmuntrende planetariske systemer. Dette er ikke overraskende - de er mye lettere å finne ved den spektrometriske metoden (det er umulig å oppdage jorden nær solen på denne måten), de er mer sannsynlig å vise seg å være forbigående, og transittene er mer kontrasterende, til slutt er det flere røde dverger enn gule og oransje.
Figur: 3. Samtidig transitt av tre planeter. Lyskurve tatt 11. desember 2015 med det europeiske teleskopet VLT
Så dataene på TRAPPIST-1-systemet ble funnet (vi presenterer ikke feil).
| Planet | Bane radius | Periode | Planetradius | Varmeintensitet (i bakkenheter) |
| b | AU 0,011 | 1,51 dager | 1.09 Re | 4.25 |
| c | 0,015 | 2,42 | 1.06 | 2.27 |
| d | 0,021 | 4.05 | 0,77 | 1.14 |
| e | 0,028 | 6.10 | 0,92 | 0,66 |
| f | 0,037 | 9.21 | 1.04 | 0,38 |
| g | 0,045 | 12.35 | 1.13 | 0,26 |
| h | 0,063 | ~ 20 | 0,75 | 0,13 |
Star. Masse - 0,08 sol, radius -0,117 sol, lysstyrke - 0,5103 sol, temperatur 2550K
Det var mulig å estimere planetenes masser grovt - på grunn av samspillet deres flyttes transittene litt i tid. Feil ved bestemmelse av massen er stor, men vi kan allerede konkludere med at tettheten til planetene tilsvarer bergfyllingen.
Selvfølgelig vil jordlignende planeter i nærheten av sollignende stjerner bli funnet i overskuelig fremtid. Faktisk har flere slike planeter allerede blitt funnet i Kepler-dataene, bare de er veldig langt unna. Det er nok å observere flere hundre lyse stjerner over himmelen (som er planlagt i de kommende årene), og slike planeter vil bli oppdaget innen hundre lysår (og hvis du er heldig, enda nærmere).
Faktisk er komfortable planeter i nærheten av komfortable stjerner innen 15–20 lysår (dette følger av statistikken innhentet av Kepler), men for å oppdage dem er det behov for rominterferometre, som ikke vil vises snart (se [2]).
Håpet om at minst en av planetene er egnet for livet gjenstår. De kunne i utgangspunktet ha mye vann - de kunne ikke danne seg der de er nå, og måtte migrere til stjernen fra periferien til den protoplanetære disken - på grunn av snøgrensen, der det er mange islegemer. Riktignok vandret de tilbake i den tiden da stjernen var mye lysere. Men estimater gjort for Proxima b viser at hydrokulene til planeter kan overleve en brennende varme på flere titalls millioner år.
En tidevannsstenging er ikke dødelig hvis planeten har en tykk atmosfære og et globalt hav - så er varmeoverføring i stand til å glatte ut temperaturforskjellen mellom dag- og natthalvkule.
Et mer alvorlig problem er å blåse bort atmosfæren med fantastisk vind og hard stråling. På pressekonferansen ble det sagt at stjernen er rolig nå. Dette er sant hvis vi mener termisk stråling, men ikke røntgenstråler: TRAPPIST-1 - målt direkte av XMM-romobservatoriet - avgir omtrent samme mengde røntgenstråler som solen. Siden planetene er ti ganger nærmere stjernen enn Jorden er mot solen, er deres røntgenstråling tre størrelsesordener høyere enn jordens.
Røntgenstråler utgjør ikke en direkte fare for livet - de absorberes av atmosfæren. Problemet er dehydrering av planeten: Røntgenstråler og hardt ultrafiolett lys bryter opp vannmolekyler - hydrogen fordamper lett, oksygen binder. Enda verre, siden det er intens røntgen, må det være en intens stjernevind - den striper av de ytre lagene i atmosfæren. Den eneste frelsen i dette tilfellet er planetens magnetfelt. Om disse planetene har et sterkt nok felt er et spørsmål. Kanskje det er det.
Så håpet gjenstår at noen av planetene i TRAPPIST-1-systemet er egnet for livet. Kan dette håpet bekreftes eller nektes? Det er mulig, og mye lettere enn for tilfellet Proxima b, hvor man må observere enten den reflekterte eller planetens egen termiske stråling.
Det er veldig vanskelig å skille den fra stjernens stråling. Her kan atmosfærene til planetene observeres i lyset, noe som er uten sammenligning lettere.
Når det gjelder Proxima b, vil det nye romteleskopet James Webb bare kunne vise noe i ekstreme tilfeller: den ene halvkulen er varm, den andre er frossen. Når det gjelder TRAPPIST-1 er det realistisk å se absorpsjonslinjer i atmosfærene til planeter. Eller sett noen begrensninger på toppen. En slik begrensning er allerede satt: de indre planetene har ikke tykke hydrogenatmosfærer.
Figur: 4. Diagram over banene til TRAPPIST-1-systemet. Den beboelige sonen er merket med grått. Prikkede sirkler - det er i en litt annen tolkning
Er det en teoretisk mulighet for at James Webb vil oppdage livet på en av disse planetene? Den mest veltalende markøren for livet er oksygen. Det er fullt påviselig både som ozon og som O2. En annen ting er at det kan dannes en viss mengde oksygen, for eksempel på grunn av dissosiasjonen av vannmolekyler ved hard stråling fra en stjerne. Det er ikke lett å estimere hvor mye oksygen som er en pålitelig markør. Det er nødvendig å kjenne hastigheten på dissosiasjon og oksygenbindingshastigheten - det er mange usikkerheter. Men hvis det er så mye oksygen som på jorden, er det ingen steder å gå: bare livet kan gi dette. Hvis det er lite oksygen, betyr ikke dette at det ikke er noe liv: det var lite oksygen på jorden de første par milliarder årene av livet.
Avslutningsvis vil jeg uttrykke min beklagelse over at Russland gikk utenom studien av eksoplaneter. Det er enkeltpersoner og enkeltjobber, men ikke noe mer. Men dette området krever ikke gigantiske installasjoner - heller, grå materie og utholdenhet enn vitenskapen vår alltid har kunnet skryte av. Noe håp er gitt av det russiske prosjektet Millimetron - et kryogent romteleskop med et 10-meters speil: i prosjektet er studiet av eksoplaneter et av de første punktene. Dette er imidlertid et tema for en egen publikasjon.
Boris Stern, astrofysiker, Ph. D. fysisk -matte. vitenskap, ledet. vitenskapelig. sotr. Institutt for kjernefysisk forskning RAS (Troitsk)
