Hogyan keresnek bolygót az élhető övezetben, milyen feltételek szükségesek az élet kialakulásához, és mi érdekes a Proxima b exoplanet felfedezésében?
A lakhatósági zóna, amelyet angolul elnevezhetõen elapózható zóna, egy űrben található terület, ahol a földi élő élet számára a legkedvezőbb feltételek vannak. Az élőhely kifejezés azt jelenti, hogy az élet szinte minden feltétele teljesül, csak nem látjuk. Az élethez való alkalmasságot a következő tényezők határozzák meg: a folyékony víz jelenléte, a kellően sűrű atmoszféra, a kémiai sokféleség (egyszerű, összetett molekulák H, C, N, O, S és P alapján) és egy csillag jelenléte, amely a szükséges mennyiségű energiát hozza.
Tanulmány története: földi bolygók
Az asztrofizika szempontjából számos ösztönző volt a lakható övezet fogalmának megjelenésére. Vegyük figyelembe a Naprendszerünket és négy földi bolygót: Higany, Vénusz, Föld és a Mars. A higanynak nincs légköre, és túl közel van a Naphoz, ezért nekünk nem túl érdekes. Ez egy szomorú sorsú bolygó, mert még ha légköre lenne is, akkor a napszél elviszi, vagyis a csillag koronájából folyamatosan áramló plazmaáram.
Vegye figyelembe a Naprendszerben lévő többi földi bolygót - ezek a Vénusz, a Föld és a Mars. Gyakorlatilag ugyanabban a helyen és azonos körülmények között keletkeztek ~ 4,5 milliárd évvel ezelőtt. Ezért az asztrofizika szempontjából fejlődésüknek meglehetősen hasonlónak kell lennie. Most, az űrkorszak elején, amikor tovább haladtunk ezen bolygók űrhajók felhasználásával történő tanulmányozásában, a kapott eredmények rendkívül eltérő körülményeket mutattak ezen bolygókra. Most már tudjuk, hogy a Vénusz nagyon magas nyomással rendelkezik, és nagyon forró a felületén (460-480 ° C) - ezen a hőmérsékleten sok anyag megolvad. És a felület első panorámás felvételeiből láttuk, hogy a felület teljesen élettelen és gyakorlatilag nem alkalmazkodik az élethez. A teljes felület egy kontinens.
Földi bolygók - Higany, Vénusz, Föld, Mars
Promóciós videó:
commons.wikimedia.org
Másrészt, Mars. Ez egy hideg világ. A Mars elvesztette a légkörét. Ez ismét sivatagi felület, bár vannak hegyek és vulkánok. A széndioxid légkör nagyon vékony; ha a víz ott volt, akkor minden befagyott. A Marsnak sarki sapkája van, és a Marsba tett misszió legfrissebb eredményei azt sugallják, hogy jég létezik a homokos takaró alatt - a regolithnál.
És a Föld. Nagyon kedvező hőmérséklet, a víz nem fagy le (legalábbis nem mindenhol). És a Földön jött létre az élet - mind primitív, mind többsejtű, intelligens élet. Úgy tűnik, hogy látjuk a Naprendszer egy kis részét, amelyben három bolygó, úgynevezett földi bolygó lett kialakítva, de fejlődésük teljesen eltérő. És ezen első ötleteken, amelyek a maguk a bolygók lehetséges fejlődési útvonalairól szólnak, felmerült az élőhely ötlete.
A lakható zónák határai
Az asztrofizikusok megfigyelik és tanulmányozzák a körülöttünk lévő világot, a körülvevő világűrünket, azaz a Naprendszerünket és a többi csillag bolygórendszerét. És ahhoz, hogy valamilyen módon rendszerezzük, hol kell keresni, milyen objektumokat érdekli, meg kell értenie, hogyan lehet meghatározni az alkalmazható zónát. Mindig azt hittük, hogy más csillagoknak bolygókkal kell rendelkezniük, de a műszeres erő lehetővé tette számunkra, hogy mindössze 20 évvel ezelőtt felfedezzük az első egzoplanetokat - a Naprendszeren kívüli bolygót.
Hogyan határozzuk meg az élőhely belső és külső határait? Úgy gondolják, hogy naprendszerünkben az élő zóna a Naptól 0,95-1,37 csillagászati egység távolságra helyezkedik el. Tudjuk, hogy a Föld 1 csillagászati egység (AU) van a Naptól, a Vénusz pedig 0,7 AU. e., Mars - 1,5 a. e) Ha tudjuk egy csillag fényerősségét, akkor nagyon könnyű kiszámítani az élhető zóna középpontját - csak ki kell vetnie ennek a csillagnak a fényerősségének négyzetgyökét, és utalnia kell a Nap fényerősségére, azaz:
Rae = (Lstar / Lsun) 1/2.
Itt Rae a csillagászati egységekben lakható zóna átlagos sugara, Lstar és Lsun pedig a keresett csillag és a Nap bolometrikus fényereje. Az élhető zóna határait a folyékony víz jelenlétére vonatkozó követelmény alapján határozzák meg az abban elhelyezkedő bolygókon, mivel ez szükséges oldószer sok biomechanikai reakcióban. A lakható zóna külső határán túl a bolygó nem kap elegendő napsugárzást a sugárzási veszteségek kompenzálására, hőmérséklete a víz fagypontja alá esik. Az a bolygó, amely közelebb helyezkedik el a csillaghoz, mint a lakhatósági zóna belső határához, erősen melegszik a sugárzással, amelynek eredményeként a víz elpárolog.
Szigorúbban szólva, a belső határt mind a bolygó távolsága a csillagtól, mind a légkör összetétele határozza meg, és különösen az úgynevezett üvegházhatású gázok jelenléte: vízgőz, szén-dioxid, metán, ammónia és mások. Mint tudod, az üvegházhatású gázok a légkör felmelegedését okozzák, amely katasztrófával növekvő üvegházhatás esetén (például a korai Vénusz) a víz elpárolgásához vezet a bolygó felületéből és veszteséget okoz a légkörben.
A külső határ már a kérdés másik oldala. Sokkal távolabb lehet, ha kevés a Nap energiája, és az üvegházhatású gázok jelenléte a Mars légkörében nem elegendő ahhoz, hogy az üvegházhatás enyhe éghajlatot hozzon létre. Amint az energiamennyiség nem elegendő, az atmoszférából származó üvegházhatású gázok (vízgőz, metán stb.) Kondenzálódnak, esik, mint eső vagy hó stb. És a tényleges üvegházhatású gázok felhalmozódtak a Marson a sarki sapka alatt.
Nagyon fontos, hogy egy szót mondjunk a naprendszeren kívüli csillagok élőhelyéről: a potenciál a potenciális alkalmazhatósági zóna, vagyis abban teljesülnek a feltételek, amelyek szükségesek, de nem elegendőek az élet kialakulásához. Itt kell beszélni a bolygó életképességéről, amikor számos geofizikai és biokémiai jelenség és folyamat kerül játékba, például egy mágneses mező jelenléte, a lemeztektonika, a bolygónapok időtartama stb. A felsorolt jelenségeket és folyamatokat jelenleg aktívan vizsgálják a csillagászati kutatások új irányában - az asztrobiológiában.
Keressen bolygót az élő övezetben
Az asztrofizikusok egyszerűen megkeresi a bolygót, majd meghatározzák, hogy a lakható övezetben vannak-e. Csillagászati megfigyelések alapján megnézheti, hol található ez a bolygó, hol van pályája. Ha az élhető övezetben van, akkor azonnal növekszik az érdeklődés ezen a bolygón. Ezután meg kell vizsgálnia ezt a bolygót más szempontok alapján: légkör, kémiai sokféleség, a víz jelenléte és a hőforrás. Ez már kissé elvezet minket a "potenciál" fogalmának zárójelén. De a fő probléma az, hogy ezek a csillagok nagyon távol vannak.
Egy dolog látni egy bolygót egy olyan csillag közelében, mint a Nap. Számos olyan exoplaneta létezik, amelyek hasonlóak a Földünkhöz - az úgynevezett sub- és szuper-Föld, azaz olyan bolygók, amelyek sugara közel áll a Föld sugárához vagy kissé meghaladja azt. Az asztrofizikusok a légkör tanulmányozásával tanulmányozzák őket, nem látunk felületeket - csak egyes esetekben az úgynevezett közvetlen képalkotás, amikor csak egy nagyon távoli pontot látunk. Ezért meg kell vizsgálnunk, van-e ezen a bolygón légkör, és ha igen, mi a összetétele, milyen gázok vannak stb.
Exoplanet (bal oldali piros pont) és 2M1207b barna törpe (középen). Az első kép 2004-ben készült a közvetlen képalkotó technológiával
ESO / VLT
Tág értelemben a Naprendszeren kívüli és a Naprendszerben zajló élet keresése az úgynevezett biomarkerek keresése. A biomarkerekről úgy gondolják, hogy biológiai eredetű vegyületek. Tudjuk, hogy a Föld fő biomarkere például az oxigén jelenléte a légkörben. Tudjuk, hogy nagyon kevés oxigén volt a korai Földön. A legegyszerűbb, primitív élet korán jelent meg, a többsejtű élet meglehetősen későn jött létre, nem is beszélve az intelligensről. De aztán a fotoszintézis miatt az oxigén képződött, a légkör megváltozott. És ez az egyik lehetséges biomarker. Más elméletekből tudjuk, hogy számos bolygó van oxigén atmoszférával, de a molekuláris oxigén képződését nem biológiai, hanem szokásos fizikai folyamatok okozzák,Tegyük fel, hogy a vízgőzök bomlása a csillagok ultraibolya sugárzása hatására. Ezért az a lelkesedés, amely szerint amint meglátjuk a molekuláris oxigént, biomarkerré válik, nem teljesen indokolt.
"Kepler" küldetés
A Kepler Űrtávcső (CT) az egyik legsikeresebb csillagászati küldetés (természetesen a Hubble űrtávcső után). Célja bolygók megtalálása. A Kepler CT-nek köszönhetően kvantumugrást tettünk az exoplanet kutatásában.
A Kepler CT a felfedezés egyik módjára - az úgynevezett tranzitokra - összpontosított, amikor a fotométer - az egyetlen műszer a műholdas fedélzetén - nyomon követte egy csillag fényerejének változását abban a pillanatban, amikor a bolygó áthaladt a távcső között. Ez információkat adott a bolygó pályájáról, tömegéről, hőmérsékleti módjáról. És ez lehetővé tette mintegy 4500 potenciális bolygójelölt azonosítását a misszió első része alatt.
"Kepler" űrteleszkóp
NASA
Az asztrofizikában, a csillagászatban és valószínűleg az összes természettudományban szokásos megerősíteni a felfedezéseket. A fotométer rögzíti, hogy a csillag fényereje megváltozik, de mit jelent ez? Lehet, hogy a csillagnak van valamilyen belső folyamata, amely változásokhoz vezet; a bolygók áthaladnak - elsötétült. Ezért meg kell vizsgálni a változások gyakoriságát. De ahhoz, hogy biztosan elmondhatjuk, hogy vannak bolygók is, ezt valamilyen módon meg kell erősíteni - például a csillag sugársebességének megváltoztatásával. Vagyis most körülbelül 3600 bolygó van - ezeket a bolygót több megfigyelési módszer igazolta. És közel 5000 potenciális jelölt van.
Proxima Centauri
2016 augusztusában megerősítést kapott a Proxima b nevű bolygó jelenlétéről a Proxima Centauri csillag közelében. Miért olyan érdekes mindenki számára? Nagyon egyszerű okból: ez a Naphoz legközelebbi csillag 4,2 fényév távolságban (vagyis a fény ezt a távolságot 4,2 év alatt fedi le). Ez a legközelebbi exoplanet és valószínűleg a legközelebbi égitest a Naprendszerhez, amelyen az élet létezhet. Az első méréseket 2012-ben végezték, de mivel ez a csillag hűvös vörös törpe, nagyon hosszú mérési sorozatot kellett elvégezni. És az Európai Déli Megfigyelőközpont (ESO) számos tudományos csoportja megfigyelte a csillagot évek óta. Elkészítették a Pale Red Dot (palereddot.org - szerk.) Nevű weboldalt, azaz „halványvörös pontot”, és észrevételeket tettek ott. A csillagászok különféle megfigyelőket vonzottak, és a megfigyelések eredményeit nyilvánosan lehetett nyomon követni. Tehát szinte online lehetett követni a bolygó felfedezésének folyamatát. A megfigyelő program és a weboldal neve pedig a Pale Red Dot kifejezésre vezet vissza, amelyet híres amerikai tudós, Carl Sagan készített a Föld bolygó képeinek, amelyeket az űrhajók továbbítottak a Naprendszer mélységéből. Amikor megpróbálunk más csillagrendszerekben megtalálni a Földhez hasonló bolygót, megpróbálhatjuk elképzelni, hogy néz ki bolygónk az űr mélyéből. Ezt a projektet halványkék pontnak ('halványkék pont') kapta, mert az űrből az atmoszféra fényereje miatt bolygónk kék pontként látható.szinte online lehetett követni a bolygó felfedezésének folyamatát. A megfigyelő program és a weboldal neve pedig a Pale Red Dot kifejezésre vezet vissza, amelyet híres amerikai tudós, Carl Sagan készített a Föld bolygó képeinek, amelyeket az űrhajók továbbítottak a Naprendszer mélységéből. Amikor megpróbálunk más csillagrendszerekben megtalálni a Földhez hasonló bolygót, megpróbálhatjuk elképzelni, hogy néz ki bolygónk az űr mélyéből. Ezt a projektet halványkék pontnak ('halványkék pont') kapta, mert az űrből az atmoszféra fényereje miatt bolygónk kék pontként látható.szinte online lehetett követni a bolygó felfedezésének folyamatát. A megfigyelő program és a weboldal neve pedig a Pale Red Dot kifejezésre vezet vissza, amelyet híres amerikai tudós, Carl Sagan készített a Föld bolygó képeinek, amelyeket az űrhajók továbbítottak a Naprendszer mélységéből. Amikor megpróbálunk más csillagrendszerekben megtalálni a Földhez hasonló bolygót, megpróbálhatjuk elképzelni, hogy néz ki bolygónk az űr mélyéből. Ezt a projektet halványkék pontnak ('halványkék pont') kapta, mert az űrből az atmoszféra fényereje miatt bolygónk kék pontként látható.a híres amerikai tudós, Carl Sagan javasolta a Föld bolygó képeire, amelyeket az űrhajók továbbítanak a Naprendszer mélyéből. Amikor megpróbálunk más csillagrendszerekben megtalálni a Földhez hasonló bolygót, megpróbálhatjuk elképzelni, hogy néz ki bolygónk az űr mélyéből. Ezt a projektet halványkék pontnak ('halványkék pont') kapta, mert az űrből az atmoszféra fényereje miatt bolygónk kék pontként látható.a híres amerikai tudós, Carl Sagan javasolta a Föld bolygó képeire, amelyeket az űrhajók továbbítanak a Naprendszer mélyéből. Amikor megpróbálunk más csillagrendszerekben megtalálni a Földhez hasonló bolygót, megpróbálhatjuk elképzelni, hogy néz ki bolygónk az űr mélyéből. Ezt a projektet halványkék pontnak ('halványkék pont') kapta, mert az űrből az atmoszféra fényereje miatt bolygónk kék pontként látható.
A Proxima b bolygó a csillag lakható övezetében és a Földhez viszonylag közel helyezkedett el. Ha mi, a Föld bolygó, csillagunktól 1 csillagászati távolságra vagyunk, akkor ez az új bolygó 0,05, azaz 200-szor közelebb van. De a csillag halványabban ragyog, hidegebb, és már ilyen távolságra az árapály-elfogás úgynevezett zónájába esik. Amint a Föld elfogta a Holdot, és együtt forognak, ugyanaz a helyzet itt. De ugyanakkor a bolygó egyik oldala felmelegszik, a másik pedig hideg.
A Proxima Centauri b állítólagos tájképe, ahogy a művész látta
ESO / M. Kornmesser
Vannak ilyen éghajlati viszonyok, olyan szélrendszer, amely hőt cserél a fűtött rész és a sötét rész között, és ezen félteke határain meglehetősen kedvező feltételek állhatnak fenn az élet számára. A Proxima Centauri b bolygó problémája azonban az, hogy a szülő csillag egy vörös törpe. A vörös törpék elég hosszú ideig élnek, de van egy sajátos tulajdonságuk: nagyon aktívak. Vannak csillagfáklyák, koronális tömeges kilökések és így tovább. Nagyon sok tudományos cikk már megjelent erről a rendszerről, ahol például azt mondják, hogy a Földdel ellentétben az ultraibolya sugárzás szintje 20-30-szor magasabb. Vagyis ahhoz, hogy a felületen kedvező feltételek alakuljanak ki, a légkörnek elég sűrűnek kell lennie, hogy megvédje a sugárzástól. De ez az egyetlen legközelebbi exoplanet,amelyet részletesen meg lehet tanulni a csillagászati eszközök következő generációjával. Figyelje meg a légkörét, nézze meg, mi történik ott, vannak-e üvegházhatású gázok, milyen az éghajlat, vannak-e ott biomarkerek. Az asztrofizikusok megvizsgálják a Proxima b bolygót, amely forró tárgy a kutatáshoz.
Perspectives
Számos új földi és űrkutató távcsőre várunk, új eszközök bevezetésére. Oroszországban ez lesz a Spektr-UF űrtávcső. Az Orosz Tudományos Akadémia Csillagászati Intézete aktívan dolgozik ezen a projekten. 2018-ban elindul az Amerikai Űrtávcső. James Webb a következő generáció a CT im-hez képest. Hubble. Felbontása sokkal nagyobb lesz, és megfigyelhetjük a légkör összetételét azokban az exoplanetekben, amelyekről tudjuk, hogy valamilyen módon meghatározzák azok szerkezetét, éghajlati rendszerét. De meg kell értenünk, hogy ez egy általános csillagászati eszköz - természetesen nagyon erős verseny lesz, akárcsak a CT-n. Hubble: valaki meg akarja nézni a galaxist, valaki - a csillagokat, valaki valamit. Számos speciális missziót terveznek az exoplanetek felfedezéséhez,például a NASA TESS-je (tranzit Exoplanet Survey Satellite). Valójában a következő 10 évben számottevő előrelépésre számíthatunk az exoplanetekkel és általában a Földdel, mint például a Földdel kapcsolatos potenciálisan életképes exoplanetekkel kapcsolatos ismereteink terén.
Valerij Shematovics, fizikai és matematikai doktor, az Orosz Tudományos Akadémia Csillagászati Intézetének Naprendszer Kutató Tanszékének vezetője