Újabban kommentáltuk a Proxima b felfedezését, egy bolygót, amely cseresznye lett egy exobolygó torta tetején. 2017. február 22-én pedig fanfárral jelentették be, hogy egyszerre három bolygót fedeztek fel egy másik vörös törpe - TRAPPIST-1 - lakható zónájában. Ez a rendszer közel tízszer távolabb van, mint a Proxima Centauri, de legalább két olyan körülmény van, amely miatt az elmúlt hónapokban a torta második meggye található. Azt:
- egyszerre három bolygó van a lakható zónában, ez növeli annak valószínűségét, hogy közülük legalább az egyik életre alkalmas;
- ezek a bolygók a Proxima b-vel ellentétben átmeneti jellegűek, vagyis földi megfigyelő számára haladnak át a csillag korongján, ami nagyban megkönnyíti légkörük megfigyelését.
Néhány szó a szenzáció történetéről. A rendszert 2015-ben fedezte fel a kis belga távcső, a TRAPPIST. A név - Transiting Planets and Planetesimals South Telescope South - a belga sörmárkához igazodik. A távcső Chilében található, az Európai Déli Obszervatórium La Silla Obszervatóriumában.
Segítségével három tranzit bolygót fedeztek fel a hideg vörös törpe 2MASS J23062928-0502285 [1] közelében, amely a második, emberibb TRAPPIST-1 nevet kapta - ez volt az első bolygórendszer, amelyet ez a távcső fedezett fel. Ezután a rendszert az európai VLT (Very Large Telescope) távcső figyelte meg, végül a NASA Spitzer infravörös űrtávcső adatainak köszönhetően a rendszert „kibontották”, és kiderült, hogy hét bolygó létezik. Valójában az utolsó lépés a NASA február 22-i sajtótájékoztatója volt.
Ábra: 1. A TRAPPIST-1 csillag fénygörbéje a Spitzer űrtávcső 20 napos munkamenetén. Zöld pontok - megfigyelések földi teleszkópokkal. Függőleges - a csillag fényessége az átlagos fényességhez viszonyítva. A gyémántok meghatározott bolygók tranzitjait jelölik. A pontok felfelé történő kilökése valószínűleg csillagfáklya. A h bolygón csak egy tranzit van. Időszakát és keringési sugarát egyetlen tranzit időtartamából becsüljük (lásd 2. ábra)
Ábra: 2. A csillag fénygörbéi mind a hét bolygó áthaladásakor
Promóciós videó:
A lakható zóna magában foglalja az e, f, g bolygókat, bár első pillantásra a d bolygó alkalmasabb fűtési intenzitásra, mint g. Ehhez meglehetősen összetett megbeszélésre van szükség a lehetséges üvegházhatás becsléseivel, sok bizonytalansággal együtt. Természetesen a lakható zóna fogalma nagyon önkényes.
Nem számít, hogyan definiáljuk a lakható zónát, ezeknek a bolygóknak az életben való valódi alkalmasságával komoly problémák vannak. Ugyanazok a problémák, mint a Proxima b. Kapcsolódnak a vörös törpék természetéhez.
1. Ezek nagyon erőszakos mágneses aktivitású csillagok. Vastag konvekciós rétegük van. Ellentétben a Nappal, ahol a hő főleg a fotonok diffúziója révén kerül át, a konvekció ott érvényesül. A napnak konvekciója is van, ezért jelennek meg foltok, fellángolások, kiemelkedések, és a Földön mágneses viharok és aurorák vannak. Ott ezek a jelenségek sokkal intenzívebbek.
2. E csillagok fényessége életrajzuk elején nagyon változik. Az első évmilliók során tucatokkal, vagy akár több százszor is jobban ragyognak, mint az egyensúlyi állapotban.
3. A vörös törpék lakható zónája olyan közel van a csillaghoz, hogy a bolygók árapályzáródásba kerülnek: vagy mindig fél oldalával néznek szembe a csillaggal, vagy a rajtuk lévő nap hosszabb, mint az évük (a TRAPPIST-1 rendszer esetében az első lehetőség valószínűbb).
Mit tegyünk, a természet kevesebb mint egy év alatt másodszor csúsztat meg bennünket éppen ilyen, nem túl biztató bolygórendszerekkel. Ez nem meglepő - spektrometriás módszerrel sokkal könnyebben megtalálhatók (ily módon lehetetlen a Föld közelében észlelni a Földet a Nap közelében), valószínűbb, hogy átmenetinek bizonyulnak, és a tranzitok kontrasztosabbak, végül több vörös törpe van, mint sárga és narancs.
Ábra: 3. Három bolygó egyidejű áthaladása. Fénygörbe, amelyet 2015. december 11-én készítettünk a VLT európai távcsővel
Tehát, a talált TRAPPIST-1 rendszer adatai (hibákat nem adunk meg).
| Bolygó | Pálya sugara | Időszak | Bolygó sugara | Fűtési intenzitás (földi egységekben) |
| b | AU 0,011 | 1,51 nap | 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 |
Csillag. Tömeg - 0,08 nap, sugár -0,117 nap, fényerő - 0,5103 nap, hőmérséklet 2550K
Körülbelül meg lehetett becsülni a bolygók tömegét - kölcsönhatásuk miatt az átmenetek kissé eltolódtak az időben. Nagyok a hibák a tömeg meghatározásában, de máris megállapíthatjuk, hogy a bolygók sűrűsége megfelel a kőzet kitöltésének.
Természetesen belátható időn belül megtalálhatók lesznek a napszerű csillagok közelében lévő földszerű bolygók. Valójában több ilyen bolygót is találtak már a Kepler-adatokban, csak nagyon messze vannak. Elég, ha több száz fényes csillagot figyelünk meg az egész égen (ezt a következő években tervezik), és ilyen bolygókat száz fényéven belül (és szerencsével még közelebb) felfedeznek.
Valójában a kényelmes csillagok közelében lévő kényelmes bolygók 15–20 fényéven belül vannak (ez a Kepler által kapott statisztikákból következik), de ezek felfedezéséhez űrinterferométerekre van szükség, amelyek hamarosan nem jelennek meg (lásd [2]).
Marad abban a reményben, hogy a bolygók közül legalább az egyik alkalmas az életre. Kezdetben sok vízük lehet - nem tudnak kialakulni ott, ahol most vannak, és a protoplanetáris korong perifériájáról kellett a csillag felé vándorolniuk - a hóvonal miatt, ahol sok a jégtest. Igaz, visszavándoroltak abba a korszakba, amikor a csillag sokkal fényesebb volt. De a Proxima b-hez készült becslések azt mutatják, hogy a bolygók hidroszférái több tízmillió éves perzselő hőt képesek túlélni.
Az árapály bezárása nem végzetes, ha a bolygó sűrű légkörrel és globális óceánnal rendelkezik - akkor a hőátadás képes elsimítani a nappali és az éjszakai félteke közötti hőmérséklet-különbséget.
Komolyabb probléma a csillagszél és a kemény sugárzás általi elfújása. A sajtótájékoztatón elhangzott, hogy a csillag most nyugodt. Ez igaz, ha hősugárzást értünk, de nem röntgensugarat: a TRAPPIST-1 - amelyet közvetlenül az XMM űrmegfigyelő központ mért - körülbelül ugyanannyi röntgent bocsát ki, mint a Nap. Mivel a bolygók több tucatszor vannak közelebb a csillaghoz, mint a Föld a Naphoz, röntgensugárzásuk három nagyságrenddel magasabb, mint a Földé.
A röntgensugarak nem jelentenek közvetlen veszélyt az életre - elnyeli őket a légkör. A probléma a bolygó kiszáradása: a röntgensugarak és a kemény ultraibolya fény felbomlik a vízmolekulákban - a hidrogén könnyen elpárolog, az oxigén megköt. Még rosszabb, hogy mivel intenzív röntgensugár van, heves csillagszélnek kell lennie - leválasztja a légkör külső rétegeit. Az egyetlen üdvösség ebben az esetben a bolygó mágneses tere. Kérdés, hogy ezeknek a bolygóknak van-e elég erős terük. Talán van.
Tehát marad a remény, hogy a TRAPPIST-1 rendszer néhány bolygója alkalmas az életre. Megerősíthető vagy megtagadható ez a remény? Lehetséges, és sokkal könnyebb, mint a Proxima b esetében, amelyben meg kell figyelni a visszaverődő vagy a bolygó saját hősugárzását.
Nagyon nehéz elkülöníteni a csillag sugárzásától. Itt a bolygók atmoszférája figyelhető meg a fényben, ami összehasonlíthatatlanul könnyebb.
A Proxima b esetében az új James Webb űrtávcső csak szélsőséges esetben képes megmutatni valamit: az egyik félteke forró, a másik fagyos. A TRAPPIST-1 esetében reális abszorpciós vonalakat látni a bolygók légkörében. Vagy tegyen néhány korlátozást a tetejére. Az egyik ilyen korlát már meg van határozva: a belső bolygókon nincs vastag hidrogénatmoszféra.
Ábra: 4. A TRAPPIST-1 rendszer pályáinak rajza. A lakható zónát szürke színnel jelölik. Pontozott körök - kissé más értelmezésben van
Van-e elméleti lehetőség arra, hogy James Webb felfedezze az életet ezen bolygók egyikén? Az élet legbeszédesebb jelzője az oxigén. Teljesen kimutatható mind ózonként, mind O2-ként. A másik dolog az, hogy bizonyos mennyiségű oxigén képződhet például a vízmolekulák disszociációja miatt egy csillag kemény sugárzása révén. Megbecsülni, hogy mennyi oxigén a megbízható marker, nem könnyű. Ismerni kell a disszociáció és az oxigénmegkötés sebességét - sok a bizonytalanság. De ha annyi oxigén van, mint a Földön, akkor nincs hová menni: ezt csak az élet adhatja meg. Ha kevés az oxigén, ez nem azt jelenti, hogy nincs élet: az élet első pár milliárd évében kevés volt az oxigén a Földön.
Befejezésül szeretném kifejezni sajnálatomat, hogy Oroszország megkerülte az exobolygók tanulmányozását. Vannak egyének és egyéni munkahelyek, de semmi több. De ez a terület nem igényel gigantikus installációkat - inkább a szürkeállomány és a kitartás, mint amennyire tudományunk mindig is büszkélkedhetett. Némi reményt ad az orosz "Millimetron" projekt - egy kriogén űrteleszkóp 10 méteres tükrössel: az exobolygók vizsgálata a projekt egyik első pontja. Ez azonban egy külön publikáció témája.
Boris Stern, asztrofizikus, Ph. D. fizikai -mat. tudományok, vezetett. tudományos. sotr. RAS Nukleáris Kutatási Intézet (Troitsk)