Kreditna slika: John Rowe
Iskanje planetov, podobnih Zemlji, se začne z iskanjem sončnih zvezd. Astronomka Maggie Turnbull je bila prosila, da pripravi kratek seznam tridesetih zvezd kandidatk, ki so se natančno ujemale z našim Soncem, od skupno 2350 zvezd, ki so v stotih svetlobnih letih od nas. Ta kratek seznam, vključno s 37 Gem, bo uporabila misija Zemljiškega iskalca planetov, ki bo iskala bivalne planete z iskanjem vidne svetlobe kisika ali vode na Zemlji podobnem planetu - zanesljiv znak življenja.
Petindvajseta najbolj zahodna zvezda v ozvezdju, Dvojčki, je rumeno-oranžna zvezda kot naše sonce. Star se imenuje 37 Geminorum, toda za astrofizičarko Margaret Turnbull je zvezda posebna, saj ponuja študijo primera za preučitev, kaj bi lahko štelo za dobrega kandidata za prebivanje planetov, ki jih lahko bivamo.
Pri sestavljanju svojega seznama zvezd, ki lahko podpirajo planete s tekočo vodo in kisikom, mora izključiti skrajna sonca: premlada ali premlada, ki se vrtijo prehitro, ali pa so dovolj spremenljiva v svetlosti, da povzročijo podnebni kaos na katerem koli bližnji svet.
Na razdalji 56,3 svetlobnih let zvezda 37 Gem še ni pokazala znakov, da bi imela takšne planete ali katere koli planete, toda prihodnji NASA in evropski teleskopi si želijo ciljati na zvezde tako kot 37 Gem, saj bi jih lahko delili nekatere iste lastnosti, ki so omogočile bivanje našega sončnega sistema. Doslej je bilo najdenih več kot 100 ekstrasolarnih planetov s pomočjo zemeljskih teleskopov, ocene za celoten tak planet v naši galaksiji pa lahko skupaj v milijardnih svetovnih državah.
Maggie Turnbull je z univerze v Arizoni v Tucsonu prosila, da pripravi kratek seznam kandidatov s tridesetimi zvezdicami, ki so najbolj podobni drugim soncem, ki bi lahko podprli pogoje za življenje. Začetek iskanja med zvezdami, oddaljenimi manj kot sto svetlobnih let, je prinesel približno 2350 zvezd.
Turnbull je pred kratkim predstavila svoje rezultate skupini znanstvenikov iz Nasinega vesoljsko-teleskopskega projekta Zemeljski iskalnik planetov (TPF), ki bodo iskali bivalne planete z uporabo vidne svetlobe s "podpisom" vode in / ali kisika iz Zemlje - tip planeta. Po načrtovani predstavitvi TPF okrog leta 2013 bo sledil evropskemu projektu Darwin, ki vključuje šest vesoljskih teleskopov.
Zvezdni seznam je bil sestavljen iz še večjega seznama (17.129 zvezd v 450 svetlobnih letih ali 140 parseksov), ki sta ga Turnbull in svetovalka Jill Tarter iz inštituta SETI prvič objavila v Astrophysical Journal. Seznam je postal znan kot Katalog bližnjih bivalnih zvezdnih sistemov (ali HabCat). Njihov članek, objavljen avgusta, z naslovom "Izbira ciljev za SETI: I. Katalog bližnjih bivalnih zvezdnih sistemov", je prejšnje kandidatne liste razširil za skoraj desetkrat, ali po vrstnem redu.
Za podporo zapletenega življenja mora biti kandidatna zvezda prave barve, svetlosti in starosti. Če gre za zvezdo srednjih let, kot je naša, bo zgorela skozi dovolj fuzibilnih lahkih elementov, da bi nastala težja kovina, kot je železo, vendar ne tako stara, da bi propadala ali tako mlada, da je življenje le oddaljena perspektiva prihodnosti. Glede na fragmente, ki jih poznamo o tem, kako zapleteno se je življenje na Zemlji pojavilo, želi Turnbullovo iskanje najti "Zlatoletke" zvezd, ki se zdijo "ravno prav".
Zakaj torej 37 Gem?
37 Geminorum leži na severozahodnem delu ozvezdja Blizanci, poimenovanega po dvojčkih. Za ljubiteljske astronome z dobrim dvoriščnim teleskopom je viden 37 Gem. V grški mitologiji sta dvojčka Blizanci plula z Jasonom v iskanju zlatega runa; med nevihto sta dvojčka pomagala rešiti svojo ladjo ARGO pred potopitvijo in tako so ozvezdje mornarji postali veliko cenjeni.
Večina zvezd, kot je Gem 37, je združenih v majhno število spektralnih razredov, ki temeljijo na barvi svetlobe, ki jo oddajajo. Zbirka zvezdnikov katalog Henry Draper navaja spektralne razrede v sedmih širokih kategorijah, od najbolj vročih do najbolj kul zvezd. Te vrste so po nižji temperaturi označene s črkami O, B, A, F, G, K in M. Nomenklatura je zakoreninjena v dolgo zastarelih idejah o evoluciji zvezd, vendar terminologija ostaja. Naše sonce, razvrščeno na lepši lestvici kot tipični škrat G2V, je staro približno 4,5 milijarde let. Kandidatka zvezda, 37 Gem, je podobno srednjih let, a nekoliko starejša za milijardo let, pri 5,5 milijarde let.
V spektrih zvezd G tipa, kot je naša (in 37 Gem), prevladujejo nekateri kemični elementi, na kar signalizirajo njihove značilne spektralne črte (ali emisije). Najpomembnejši elementi so kovine, zlasti za zvezde, ki so bogate z železom, kalcijem, natrijem, magnezijem in titanom. V astronomskem smislu ima 37 Gem nekoliko bolj vročo površinsko temperaturo v primerjavi z klasifikacijo našega sonca kot tipičnega škratka G2V. Tako je Turnbullov glavni izbor - 37 Gem - katalogiziran kot škrat G0V, kar pomeni, da je tudi rumeno-oranžna pritlikava zvezda glavnega zaporedja. Ker je za zvezde G značilna prisotnost teh kovinskih linij in šibek spekter vodika, imajo skupne starosti, mase in svetilnost.
V nasprotnem primeru je 37 Gem blizu našega lastnega sončnega dvojčka ali dvojčka, podobnega Soncu: 1,1-kratnik naše sončne mase, 1,03-krat večji od premera in 1,25-krat večji od svetilnosti.
Svetilnosti so "morda najpomembnejši podatek", je za revijo Astrobiology Magazine povedal Turnbull, "ki jo uporabljamo pri določanju življenjske dobe bližnjih zvezd" za zapleteno življenje, saj svetilnost kaže, v kateri fazi življenja je zvezda v njej, in da narekuje, kako dolgo mora biti zvezda zvezda bo ostala stabilna.
Revija Astrobiology se je imela priložnost pogovarjati z Maggie Turnbull v observatoriju Steward v Tucsonu o tem, kako izbrati zvezdniške kandidate za bivanje.
Revija za astrobiologijo (AM): Vaša nedavna raziskava je začela gledati približno 100 svetlobnih let od našega Sonca in vse zvezde navznoter od tega polmera, kajne? To je bila vizualna sfera za začetek iskanja?
Margaret Turnbull (MT): Znotraj 30 parsekov (90 svetlobe) je približno 2.350 Hipparcosovih zvezd
let), največja razdalja za misijo Zemeljskega iskalnika planetov (TPF). Na tej razdalji je približno 5000 zvezd, mi pa gledamo samo Hipparcosove zvezde, tako da je moj začetni seznam dolg 2.350 zvezd.
AM: Ste se že kdaj prijeli za dvoriščni teleskop in videli 37 Gem?
MT: Zagotovo bi ga bilo mogoče videti z dvoriščnim teleskopom, toda ne, tega si nisem ogledal s svojimi očmi! Zaradi fotometrije (merjenje njene svetlosti) in spektroskopije (merjenje njegove sestave), ki sem si ga ogledal, imam občutek, kot da ga "poznam", ne da bi ga kdaj videl.
Vendar pa je za 37 Gem treba storiti še več. Na primer, moramo narediti infrardeče slikanje te zvezde z visoko ločljivostjo, preden lahko rečemo, da bi morala biti tarča - če bomo odkrili, da naokoli plava veliko naplavin, ga bomo morali umakniti s seznama.
AM: Se je zvezda, 37 Gem, precej razlikovala od številke dve na seznamu tridesetih najboljših kandidatov?
MT: Pravzaprav so "najboljše" zvezde med seboj zelo podobne, v resnici pa jih nima smisla poskušati razvrstiti. 37 Gem je ena izmed najbližjih zvezd, ki izpolnjuje tudi inženirske kriterije, zato je v tem trenutku videti zelo dober kandidat za iskanje TPF.
AM: Samo iz radovednosti, katera zvezda je bila uradno številka dve na seznamu?
MT: Ko si boste ogledali le trideset zvezd, je bolje, da so "številka ena." To pomeni, da mora biti vsaka zvezda, ki jo opazimo, glavna naloga misije, saj nimamo časa zapravljati. Še vedno smo natančno opredelili osnovni cilj poslanstva.
Če je cilj pogled na obseg spektralnih tipov, potem lahko zgornje zvezde vključujejo zelo blizu zvezd K ali M, če pa je cilj 30 najbolj sončnih zvezd, potem zvezde kot 18 Sco (sonce) dvojček s 14 parsekami v ozvezdju Škorpijon, beta CVn ("gonič") ali 51 Peg ("Pegasus", leteči konj) so lahko naše najboljše stave.
AM: Ali obstajata en ali dva dela manjkajočih podatkov, ki bi pripomogli k boljši uvrstitvi med zvezdniške kandidate?
MT: Trenutno je infrardeče slikanje visoke ločljivosti manjkajoči podatek, ki ga vsekakor potrebujemo. Vedeti moramo, ali imajo te zvezde prašne diske naplavin, ki bi težko zaznali planete, ki krožijo tam.
Sonce ima veliko zodiakalnega prahu, ker Jupiter nenehno meša asteroidni pas in ko asteroidi trčijo, dodajo prah Osončju.
Podobna raven prahu okoli drugih zvezd morda ne bo uničila naše možnosti, da bi videli planete, vendar bi vsekakor radi to zmanjšali na minimum.
AM: Kakšni so vaši prihodnji načrti za zvezdni seznam v podporo misijam zemeljskega planeta in iskalcem Darwina?
MT: Svojega "končnega" seznama še nisem predstavil znanstveni delovni skupini TPF 18. in 19. novembra v ameriškem pomorskem observatoriju med sestankom z drugimi, ki ustvarjajo svoje sezname.
Svojo metodologijo sem že predstavil skupini, zdaj pa se bomo srečali z inženirji, ki nam bodo razložili omejitve instrumenta in seznam bomo morali še podrobneje prilagoditi, da bomo lahko ustrezali njihovim merilom.
Njihova merila bodo vključevala stvari, kot so: ne morejo imeti spremljevalne zvezde v nekaj arcsekundah, tudi če spremljevalec ne skrbi za stabilnost planeta, ker bo dodatna svetloba onesnažila vidno polje; ne morejo gledati zvezde slabše od približno 6. magnitude; lahko skozi celo leto gledate le zvezde, oddaljene vsaj od 60 stopinj od Sonca itd.
AM: Prvi katalog bivalnih zvezd ste objavili avgusta letos, v tej razvrstitvi pa je še drugi del. Kateri so glavni načrti za II. Del HabCat?
MT: Jill Tarter in jaz smo pred kratkim poslali drugi članek na ciljnem seznamu SETI, ki bo decembra prikazan v dodatkih Astrofizičnega časopisa. Ta članek vsebuje seznam starih, visokih kovinskih odprtih grozdov, najbližjih 100 zvezd, ne glede na zvezdni tip, in približno 250.000 zvezd glavnega zaporedja iz kataloga Tycho, vse to pa bo opazoval Allen Telescope Array (ATA), kadarkoli HabCat zvezda ni na voljo za opazovanje.
Primarni žarek ATA bodo usmerili radioastronomi in izdelovali bodo zemljevide z zelo visoko ločljivostjo svojih tarč, hkrati pa bomo za SETI opazovali zvezde HabCat (ali zvezde z naših seznamov v dokumentu 2).
AM: Nazadnje, misije, Kepler in TPF, v svojih raziskavah načrtujeta vrste izboljšav, ki bi omogočile zaznavanje več planetov velikosti Zemlje, ne le plinskih velikanov, za določeno zvezdo?
MT: Da. Kepler nam bo nakazal, kako pogosti so zemeljski planeti, tako da opazujejo na tisoče zvezd, podobnih soncu, za "tranzite" - dogodke, kjer planet dejansko prehaja pred zvezdo, ki kroži, in začasno blokira malo svetlobe zvezde.
Zemeljski iskalec planetov bo pri tem spremljal tako, da je dejansko posnel planete, ki krožijo okoli najbližjih zvezd, in nam sporočil, ali imajo ti planeti atmosfero s spektrom.
Lahko iščemo vodo, kisik in ogljikov dioksid, in če bomo imeli srečo, bomo morda videli tudi nekatere neposredne indikacije za življenje v obliki vegetacijskega podpisa ali močne atmosferske neravnovesje, na primer hkratna prisotnost kisika in metana (zaradi hkratni prisotnosti rastlin in metanogenih bakterij na Zemlji).
Kaj je naslednje
Vsaka misija za zaznavanje in spektroskopsko označevanje zemeljskih planetov okoli drugih zvezd mora biti zasnovana tako, da lahko zazna različne vrste kopenskih planetov s koristnim rezultatom. Takšne misije so zdaj v preučevanju - Zemeljski iskalnik planetov (TPF), NASA, Darwin pa ESA, Evropska vesoljska agencija. Glavni cilj TPF / Darwin je zagotoviti podatke biologom in atmosferskim kemikom.
Koncept TPF / Darwin temelji na predpostavki, da lahko nekdo eksosolarne planete preskusi spektroskopsko. Da je takšna predpostavka veljavna, moramo odgovoriti na naslednja vprašanja. Kaj omogoča planet bivanje in kako jih je mogoče na daljavo preučevati? Kateri so raznoliki učinki, ki jih biota lahko ima na spektre planetarne atmosfere? Kakšne lažne pozitivne ocene lahko pričakujemo? Kakšne so verjetno evolucijske zgodovine atmosfer? In predvsem, kaj so močni kazalci življenja?
TPF / Darwin mora pregledati bližnje zvezde glede planetarnih sistemov, ki v svoje bivalne cone vključujejo planete zemeljske velikosti (planete, podobne Zemlji). S pomočjo spektroskopije mora TPF / Darwin ugotoviti, ali imajo ti planeti atmosfero, in ugotoviti, ali jih lahko bivajo.
Misija Kepler bo predvidoma izstreljena tudi na sončno orbito oktobra 2006. Kepler je zasnovan kot misija za določanje frekvence notranjih planetov v bližini območja, v katerem živi, široko območje zvezd. Kepler bo hkrati opazoval 100.000 zvezd v naši galaktični »soseščini« in iskal planete velikosti Zemlje v večjih planetih znotraj »območja bivanja« okoli vsake zvezde - ne preveč vročega, ne prehladnega območja, kjer bi lahko obstajala tekoča voda planet.
Glavni poudarki Keplerja William Borucki iz NASA Ames poudarja, da je treba zaznati težavo odkrivanja planeta velikosti Zemlje, ki kroži na okoli oddaljene zvezde. Za pokritje Sončevega diska bi bilo potrebno 10.000 Zemlje. Ena ocena NASA pravi, da bi moral Kepler odkriti 50 kopenskih planetov, če je večina najdenih približno velikosti Zemlje, 185 planetov, če je večina 30 odstotkov večja od Zemlje, in 640, če je večina 2,2-krat večja od Zemljine. Poleg tega naj bi Kepler našel skoraj 900 velikanskih planetov blizu njihovih zvezd in približno 30 velikanov, ki krožijo na Jupiterju podobnih razdaljah od matičnih zvezd.
Ker je večina planetov velikanskih plinov, ki so jih do zdaj našli v orbiti, veliko bližje svojim zvezdam kot Jupiter do Sonca, Borucki verjame, da bo Kepler med štiri- do šestletno misijo našel velik delež planetov precej blizu zvezd. Če se to izkaže, pravi, "Pričakujemo, da bomo našli na tisoče planetov."
Z današnjimi metodami bi danes astronomi zelo težko zaznali planet velikosti Zemlje okoli zvezde 37 Gem. Pretekle analize pa so izključile nekaj možnosti. Na primer, velikanski planet, kot je naš Jupiter ali Saturn, ne kroži okoli 37 Gema. Te študije kažejo, da orjaški planeti, ki so ena od desetine do 10-krat večje od mase Jupitra, ne obstajajo blizu 37 Gem (znotraj 0,1 do štiri astronomske enote ali ena razdalja zemlja-sonce, AU, glej tudi Cummings et al, 1999) . Zaradi izzivov pri iskanju zatemnjenih planetov v bližini veliko svetlejših zvezd so skoraj vsi do sedaj najdeni ekstrasolarni planeti podobni našemu Jupiterju - masivni, verjetno plinasti in verjetno ne bodo imeli življenjskih pogojev zaradi svoje bližine matične zvezde .
Toda pogoji okoli 37 Gem lahko podpirajo manjše, notranje planete, kot sta Venera ali Zemlja. Nihče ne ve. Samo prihodnje raziskave bodo imele instrumente, ki bodo lahko našli take planete, podobne Zemlji.
Modeli zvezd, kot je 37 Gem, pa podpirajo možen obstoj vsaj ene stabilne orbite za planet, podoben Zemlji (s tekočo vodo), osredotočen okoli ene razdalje zemlja-sonce (1,12 AU). Tak domnevni planet bi krožil med razdaljami Zemlje in Marsa v našem Osončju. Če bi ga odkrili v prihodnjih študijah, bi ta neodkrita planeta trajala več kot 450 dni ali orbitalno obdobje približno 1,3 zemeljska leta.
Ker je življenje na Zemlji za ustvarjanje kisika potrebovalo približno dve milijardi let, zvezde, veliko mlajše od tega, verjetno ne bi imele dovolj časa, da bi se življenje razvilo v kakršne koli zapletene oblike. Glede na milijarde let, potrebnih za evolucijo življenja na zemlji, bi se lahko znanstveniki spraševali, ali bi življenje imelo priložnost v krajšem življenju sončnega sistema. Vroče, bolj množične zvezde so vedno veljale za manj verjetno, da bi živele v življenju, vendar ne, ker bi bile prevroče. Planeti bi lahko še vedno uživali v zmernem podnebju, tik dlje, kot je Zemlja od Sonca, in na orbitah dlje od matične zvezde. Prvi problem bivanja je včasih, ne pa temperatura. Vroče zvezde običajno izgorijo hitreje - morda prehitro, da bi se življenje tam razvilo.
Izvirni vir: Revija Astrobiologija
