Pavisam nesen mēs komentējām Proxima b atklāšanu - planētu, kas kļuvusi par ķiršu virs planētas kūkas. Un 2017. gada 22. februārī ar fanfarām tika paziņots par trīs planētu atklāšanu vienlaikus cita sarkanā pundura - TRAPPIST-1 - apdzīvojamajā zonā. Šī sistēma ir gandrīz desmit reižu tālāk nekā Proxima Centauri, taču ir vismaz divi apstākļi, kas pēdējos mēnešos padara atradumu par otro ķiršu uz kūkas. Tas:
- apdzīvotajā zonā vienlaikus ir trīs planētas, tas palielina varbūtību, ka vismaz viena no tām ir piemērota dzīvei;
- šīs planētas, atšķirībā no Proxima b, ir pārejošas, tas ir, tās iet caur zvaigznes disku zemes novērotājam, kas ievērojami atvieglo viņu atmosfēras novērošanu.
Daži vārdi par sensācijas vēsturi. Sistēmu 2015. gadā atklāja mazais Beļģijas teleskops TRAPPIST. Nosaukums - Transiting Planets un Planetesimals Small Telescope South - ir pielāgots Beļģijas alus zīmolam. Teleskops atrodas Čīlē, Eiropas Dienvidu observatorijas La Silla observatorijā.
Ar tās palīdzību netālu no aukstā sarkanā pundura 2MASS J23062928-0502285 [1] tika atklātas trīs tranzīta planētas, kas saņēma otro, vairāk cilvēcisko nosaukumu TRAPPIST-1 - šī bija pirmā planētu sistēma, kuru atklāja šis teleskops. Tad sistēmu novēroja Eiropas teleskops VLT (Very Large Telescope), un visbeidzot, pateicoties NASA Spitzer infrasarkanā kosmosa teleskopa datiem, sistēma tika “atšķetināta” un tika konstatēts, ka ir septiņas planētas. Patiesībā pēdējais solis bija NASA preses konference 22. februārī.
Attēls: 1. Zvaigznes TRAPPIST-1 gaismas līkne Spicera kosmosa teleskopa 20 dienu sesijas laikā. Zaļie punkti - novērojumi ar zemes teleskopiem. Vertikāls - zvaigznes mirdzums attiecīgajā brīdī attiecībā pret vidējo spožumu. Dimanti iezīmē noteiktu planētu tranzītus. Punktu izmešana uz augšu, visticamāk, ir zvaigžņu uzliesmojumi. Ir tikai viens planētas h tranzīts. Tās periods un orbītas rādiuss tiek aprēķināts pēc viena tranzīta ilguma (sk. 2. attēlu)
Attēls: 2. Zvaigznes gaismas līknes katras septiņas planētas tranzītā
Reklāmas video:
Apdzīvojamajā zonā ietilpst planētas e, f, g, lai gan no pirmā acu uzmetiena planēta d ir piemērotāka apkures intensitātei nekā g. Tam nepieciešama diezgan sarežģīta diskusija ar iespējamā siltumnīcas efekta aplēsēm, ieskaitot daudz neskaidrību. Protams, apdzīvojamās zonas jēdziens ir ļoti patvaļīgs.
Neatkarīgi no tā, kā mēs definējam apdzīvojamo zonu, pastāv nopietnas problēmas ar katras šīs planētas reālo piemērotību dzīvei. Tādas pašas problēmas kā Proxima b. Tie ir saistīti ar sarkano punduru dabu.
1. Tās ir zvaigznes ar ļoti vardarbīgu magnētisko aktivitāti. Viņiem ir biezs konvekcijas slānis. Atšķirībā no Saules, kur siltums ārpusē pārsūtās galvenokārt ar fotonu difūziju, tur valda konvekcija. Saulei ir arī konvekcija, tāpēc parādās plankumi, uzliesmojumi, izcēlumi, un uz Zemes ir magnētiskas vētras un auroras. Tur visas šīs parādības ir daudz intensīvākas.
2. Šo zvaigžņu spožums biogrāfijas sākumā ļoti mainās. Pirmos miljonus gadu viņi spīd desmitiem vai pat simtiem reižu spožāk nekā līdzsvara stāvoklī.
3. Sarkano punduru apdzīvojamā zona ir tik tuvu zvaigznei, ka planētas nonāk plūdmaiņas slēgumā: vai nu tās vienmēr ir vērstas pret zvaigzni ar vienu pusi, vai arī viņu diena ir garāka par viņu gadu (TRAPPIST-1 sistēmai pirmā iespēja ir ticamāka).
Ko darīt, daba jau otro reizi nepilna gada laikā paslīd tieši tādās ne visai uzmundrinošajās planētu sistēmās. Tas nav pārsteidzoši - tos ir daudz vieglāk atrast ar spektrometrisko metodi (šādā veidā nav iespējams atklāt Zemi pie Saules), tie, visticamāk, izrādīsies pārejoši, un tranzīti ir kontrastējošāki, visbeidzot, sarkano punduru ir vairāk nekā dzeltenā un oranžā.
Attēls: 3. Vienlaicīga trīs planētu tranzīts. Gaismas līkne, kas uzņemta 2015. gada 11. decembrī ar Eiropas teleskopu VLT
Tātad tika atrasti dati par TRAPPIST-1 sistēmu (mēs nepiedāvājam kļūdas).
| Planēta | Orbītas rādiuss | Periods | Planētas rādiuss | Apkures intensitāte (zemes vienībās) |
| b | AU 0,011 | 1,51 diena | 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 |
Zvaigzne. Masa - 0,08 Saule, rādiuss -0,117 Saule, spožums - 0,5103 Saule, temperatūra 2550K
Mums izdevās aptuveni novērtēt planētu masas - to mijiedarbības dēļ tranzīti laikā ir nedaudz nobīdīti. Kļūdas masas noteikšanā ir lielas, taču mēs jau varam secināt, ka planētu blīvums atbilst klinšu piepildījumam.
Protams, pārskatāmā nākotnē tiks atrastas zemes formas planētas netālu no saulei līdzīgām zvaigznēm. Patiesībā vairākas šādas planētas jau ir atrastas Keplera datos, tikai tās atrodas ļoti tālu. Pietiek novērot vairākus simtus spožu zvaigžņu pāri debesīm (kas plānots nākamajos gados), un šādas planētas tiks atklātas simts gaismas gadu laikā (un, ja paveiksies, vēl tuvāk).
Patiesībā ērtas planētas netālu no ērtajām zvaigznēm atrodas 15–20 gaismas gadu robežās (tas izriet no Keplera iegūtās statistikas), taču, lai tās atklātu, ir nepieciešami kosmosa interferometri, kas drīz neparādīsies (sk. [2]).
Paliek cerība, ka vismaz viena no planētām ir piemērota dzīvei. Sākotnēji viņiem varēja būt daudz ūdens - viņi nevarēja veidoties tur, kur tagad ir, un sniega līnijas dēļ, kur ir daudz ledus ķermeņu, nācās migrēt uz zvaigzni no protoplanetārā diska perifērijas. Tiesa, viņi migrēja atpakaļ laikmetā, kad zvaigzne bija daudz spožāka. Bet Proxima b veiktie aprēķini liecina, ka planētu hidrosfēras varētu pārdzīvot dedzinošu desmitiem miljonu gadu karstumu.
Plūdmaiņu slēgšana nav letāla, ja planētai ir bieza atmosfēra un globāls okeāns - tad siltuma pārnešana spēj izlīdzināt temperatūras starpību starp dienas un nakts puslodēm.
Nopietnāka problēma ir atmosfēras izpūšana ar zvaigžņu vēju un spēcīgu starojumu. Preses konferencē tika teikts, ka zvaigzne tagad ir mierīga. Tas ir taisnība, ja mēs domājam termisko starojumu, bet ne rentgenstarus: TRAPPIST-1 - ko tieši mēra XMM kosmosa observatorija - izstaro apmēram tādu pašu daudzumu rentgena kā Saule. Tā kā planētas ir desmit reizes tuvāk zvaigznei nekā Zeme Saulei, to rentgena starojums ir trīs pakāpes lielāks nekā Zemes.
Rentgens tiešus draudus dzīvībai nerada - tos absorbē atmosfēra. Problēma ir planētas dehidratācijā: rentgens un cietā ultravioletā gaisma sadala ūdens molekulas - ūdeņradis viegli iztvaiko, skābeklis saistās. Vēl sliktāk, tā kā ir intensīva rentgena staru iedarbība, ir jābūt intensīvam zvaigžņu vējam - tas attīra atmosfēras ārējos slāņus. Vienīgais glābiņš šajā gadījumā ir planētas magnētiskais lauks. Vai šīm planētām ir pietiekami spēcīgs lauks, ir jautājums. Varbūt ir.
Tātad paliek cerība, ka dažas no TRAPPIST-1 sistēmas planētām ir piemērotas dzīvei. Vai šo cerību var apstiprināt vai noliegt? Tas ir iespējams un daudz vieglāk nekā gadījumā ar Proxima b, kurā jāievēro vai nu atstarotais, vai pašas planētas siltuma starojums.
To ir ļoti grūti atdalīt no zvaigznes starojuma. Šeit planētu atmosfēru var novērot gaismā, kas ir nesalīdzināmi vieglāk.
Proxima b gadījumā jaunais Džeimsa Veba kosmiskais teleskops kaut ko varēs parādīt tikai galējā gadījumā: viena puslode ir karsta, otra ir sasalusi. TRAPPIST-1 gadījumā ir reāli redzēt absorbcijas līnijas planētu atmosfērā. Vai arī uzlikt dažus ierobežojumus. Viens no šādiem ierobežojumiem jau ir noteikts: iekšējām planētām nav biezas ūdeņraža atmosfēras.
Attēls: 4. TRAPPIST-1 sistēmas orbītu diagramma. Apdzīvojamā zona ir atzīmēta pelēkā krāsā. Punktoti apļi - tas ir nedaudz atšķirīgā interpretācijā
Vai pastāv teorētiska iespēja, ka Džeimss Vebs atklās dzīvi uz vienas no šīm planētām? Daiļrunīgākais dzīves marķieris ir skābeklis. Tas ir pilnībā nosakāms gan kā ozons, gan kā O2. Cita lieta, ka zināmu daudzumu skābekļa var veidot, piemēram, ūdens molekulu disociācijas dēļ ar cieto zvaigznes starojumu. Novērtēt, cik daudz skābekļa ir uzticams marķieris, nav viegli. Ir jāzina disociācijas ātrums un skābekļa saistīšanās ātrums - ir daudz nenoteiktību. Bet, ja skābekļa ir tikpat daudz kā uz Zemes, nav kur iet: to var dot tikai dzīvība. Ja skābekļa ir maz, tas nenozīmē, ka nav dzīvības: pirmos pāris miljardus dzīves gadu uz Zemes bija maz skābekļa.
Noslēgumā es vēlos izteikt nožēlu, ka Krievija apieta eksoplanētu izpēti. Ir indivīdi un individuāli darbi, bet nekas vairāk. Bet šai jomai nav vajadzīgas gigantiskas instalācijas - drīzāk pelēkā viela un neatlaidība, nekā mūsu zinātne vienmēr ir spējusi lepoties. Zināmas cerības dod Krievijas projekts Millimetron - kriogēns kosmiskais teleskops ar 10 metru spoguli: projektā eksoplanētu izpēte ir viens no pirmajiem punktiem. Tomēr šī ir atsevišķas publikācijas tēma.
Boriss Šterns, astrofiziķis, Ph. D. fizisks -paklājs. zinātnes, vadīja. zinātniski. sotr. Kodolpētniecības institūts RAS (Troitsk)