Planeta slična zemlji. U potrazi za drugom Zemljom - koje su egzoplanete slične našoj planeti? Gde tražimo
Kada su astronomi prije dvije decenije otkrili prvu egzoplanetu oko obične zvijezde, bili su i sretni i zbunjeni: otkrivena planeta 51 Pegasus b bila je jedan i po puta masivnija od Jupitera, ali se u isto vrijeme nalazila izuzetno blizu zvijezda: obavi jednu revoluciju za samo 4 dana, što mnogo brže od Merkura, planete najbliže Suncu, čini za 88 dana. Teoretičari formiranja planeta nisu vidjeli potencijal da se planeta formira i raste tako blizu novorođene zvijezde. Možda je to bio izuzetak od pravila, ali ubrzo je otkriveno još nekoliko vrućih Jupitera, kojima su se pridružile druge čudne planete: u izduženim i visoko nagnutim orbitama, čak i rotirajući protiv smjera rotacije matične zvijezde.
Lov na egzoplanete se ubrzao nakon lansiranja svemirskog teleskopa Kepler 2009. godine, a 2.500 svjetova koje je otkrio dodalo je statistiku za proučavanje egzoplaneta - i to je dodatno zabunalo. Kepler je otkrio da je najčešći tip planeta u galaksiji negdje između veličine Zemlje i Neptuna - super-Zemlje koje nemaju analoga u našem Sunčevom sistemu i koje se smatralo gotovo nemogućim. Moderni zemaljski teleskopi prikupljaju svjetlost direktno sa egzoplaneta, umjesto da indirektno detektuju njihovo prisustvo, kao što to čini Kepler, a ovi podaci su također neobični. Otkrivene su džinovske planete sa masom nekoliko puta većom od Jupitera, udaljenost od koje je do matičnih zvijezda dvostruko veća od udaljenosti od Neptuna do Sunca – odnosno nalaze se u drugom području gdje su teoretičari smatrali da je nemoguće rođenje velike planete.
„Od početka je bilo jasno da se zapažanja ne poklapaju baš dobro sa teorijom“, kaže Bruce Mekintoš, fizičar sa Univerziteta Stanford u Palo Altu u Kaliforniji. "Nikada nije bilo trenutka kada bi teorija potvrdila zapažanja."
Teoretičari pokušavaju kreirati scenarije za "rastuće" planete na mjestima koja su se nekada smatrala zabranjenim. Oni predviđaju da se planete mogu formirati u mnogo pokretljivijim i haotičnijim okruženjima nego što su ikada ranije zamišljali, kada se planete u nastajanju mogu kretati iz kružnih orbita bliskih zvijezdi u one izduženije i udaljenije. Ali zoološki vrt egzotičnih planeta koji se stalno širi znači da je svaki novi model preliminaran. "Svakog dana možete otkriti nešto novo", kaže astrofizičar Thomas Henning sa Instituta za astronomiju. Max Planck u Hajdelbergu, Njemačka. "To je kao otkrivanje novih nalazišta tokom zlatne groznice." 
Tradicionalni model za formiranje zvijezda i njihovih planeta datira još iz 18. stoljeća, kada su naučnici spekulirali da se sporo rotirajući oblak prašine i plina može srušiti pod vlastitom gravitacijom. Većina materijala formira loptu koja se skuplja, zagrijava i postaje zvijezda kada njeno središte postane dovoljno gusto i vruće da započne reakcije fuzije. Gravitacija i ugaoni moment sakupljaju preostali materijal oko protozvezde u ravan disk od gasa i prašine. Prilikom kretanja duž ovog diska, čestice materijala se sudaraju i "lijepe zajedno" elektromagnetnim silama. Tokom perioda od nekoliko miliona godina, čestice prerastu u zrna, kamenčiće, kamene gromade i na kraju kilometarske planetezimale.
U ovom trenutku gravitacija preuzima, planetesimali se sudaraju i prostor je potpuno očišćen od prašine, što rezultira formiranjem nekoliko punopravnih planeta. Do trenutka kada se to dogodi u unutrašnjosti diska, većinu gasa iz njega ili je potrošila zvijezda ili je odnio njen zvjezdani vjetar. Nedostatak gasa znači da unutrašnje planete ostaju uglavnom kamenite, sa tankom atmosferom.
Ovaj proces rasta, poznat kao akrecija jezgra, brži je u vanjskim dijelovima diska, gdje su temperature dovoljno niske da zamrzne vodu. Led u ovom slučaju nadopunjuje prašinu, što omogućava da se protoplanete brže konsolidiraju. Kao rezultat toga, pojavljuje se čvrsto jezgro pet do deset puta teže od Zemlje - dovoljno brzo, dok vanjski dio protoplanetarnog diska ostaje bogat plinom. Pod uticajem gravitacije, jezgro "povlači" gas sa diska na sebe, stvarajući gasnog giganta poput Jupitera. Inače, jedan od ciljeva svemirske letjelice Juno, koja je do Jupitera doletjela ranije ovog mjeseca, jeste da utvrdi da li planeta zaista ima masivno jezgro.
Ovaj scenario stvara planetarni sistem sličan našem: male, stenovite planete sa tankom atmosferom blizu zvezde; postoji plinski gigant sličan Jupiteru odmah izvan snježne granice (gdje je temperatura dovoljno niska da se voda zamrzne), a drugi divovi se postepeno pojavljuju na većim udaljenostima i manji su jer se kreću sporije u svojim orbitama i treba im više vremena da se prikupiti materijal protoplanetarnog diska. Sve planete ostaju otprilike tamo gdje su nastale i kreću se kružnim orbitama u istoj ravni. Lijepo i uredno.
Ali otkriće vrućih Jupitera sugeriralo je da se nešto ozbiljno ne slaže s teorijom. Planeta s orbitom kojoj je potrebno samo nekoliko dana da kruži vrlo je blizu svoje zvijezde, što ograničava količinu materijala od koje se može formirati. Činilo se neshvatljivim da se plinski gigant može formirati na takvom mjestu. I neizbježan zaključak je da se takva planeta morala formirati mnogo dalje od svoje zvijezde.
Teoretičari su smislili dva moguća mehanizma za miješanje planetarnog špila. Prva, poznata kao migracija, zahtijeva puno materijala da ostane na disku nakon formiranja gigantske planete. Gravitacija planete izobličuje disk, stvarajući regije veće gustine, koje zauzvrat vrše gravitaciono privlačenje na planetu, uzrokujući da se postepeno povlači prema zvijezdi.
Postoje dokazi za ovu ideju. Susedne planete se često nalaze u stabilnom gravitacionom "snopu" poznatom kao orbitalna rezonancija - to jest, dužine njihovih orbita koreliraju kao mali celi brojevi. Na primjer, kada Pluton dvaput obiđe Sunce, Neptun ima vremena da obiđe tačno tri puta. Malo je vjerovatno da se to dogodilo slučajno, pa se najvjerovatnije dogodilo tokom migracije, čime se planetama daje dodatna gravitaciona stabilnost. Migracije u ranoj istoriji našeg Sunčevog sistema mogle bi objasniti druge neobičnosti, uključujući malu veličinu Marsa i asteroidni pojas. Da bi ih objasnili, teoretičari su iznijeli hipotezu o „velikom otklonu“, u kojoj se Jupiter u početku formirao bliže Suncu, nakon čega je zalutao prema unutra gotovo do Zemljine orbite, prikupljajući materijal i na taj način ga „lišavajući“ Mars, i nakon formiranja Saturna pod uticajem gravitacije i pritiska gas se u unutrašnjem delu diska vratio nazad, usput "terajući" ostatke prašine i planetezimala u asteroidni pojas.
Neki modelari smatraju da su takvi scenariji nepotrebno složeni. “Zaista vjerujem u Occamovu britvu („Ono što se može učiniti na osnovu manjeg broja [pretpostavki] ne bi trebalo da se radi na osnovu više” - cca. transl.),” kaže Greg Laughlin, astronom sa Univerziteta u Kaliforniji (Santa Kruz). Laflin tvrdi da su planete najvjerovatnije nastale na istom mjestu gdje ih sada vidimo. On kaže da bi se velike planete mogle formirati u blizini svoje zvijezde ako protoplanetarni diskovi sadrže mnogo više materijala nego što se ranije mislilo. Neki planetarni pokreti se možda još uvijek dešavaju - dovoljno da se objasne rezonancije, na primjer, ali "ovo je konačno fino podešavanje, a ne glavni cevovod", kaže Laughlin.
Ali drugi teoretičari kažu da jednostavno ne može biti dovoljno materijala za formiranje planeta tako blizu zvijezda kao što je 51 Pegasus b i druge još bliže. "Oni se nisu mogli formirati na njihovom mjestu", kategoričan je fizičar Joshua Wynn sa Massachusetts Institute of Technology. I značajan dio egzoplaneta koje se nalaze u duguljastim, nagnutim ili čak obrnutim orbitama također se čini da implicira neku vrstu miješanja planetarnog sistema.
Da bi objasnili ove neobičnosti, teoretičari se pozivaju na "oružje u bližoj borbi" - gravitaciju, a ne na sedativnu migraciju. Protoplanetarni disk bogat materijalom mogao bi stvoriti mnogo planeta blizu jedna drugoj, gdje bi utjecaj gravitacije mogao učiniti orbite nekih od njih blizu zvijezde, nagnuti, pa čak i izbaciti planetu iz sistema. Još jedan potencijalni razarač je zvijezda pratilac u duguljastoj orbiti. Većinu vremena, previše je udaljen da bi imao značajan uticaj na planetarni sistem, ali izbliza mogao bi značajno da "promiješa" orbite planeta. Ili, ako je matična zvijezda član bliskog zvjezdanog jata, susjedna zvijezda može doći dovoljno blizu da pomiješa orbite ili čak "zgrabi" jednu ili više planeta za sebe. „Postoji mnogo načina da se razbije planetarni sistem“, kaže Wynn.
Do neočekivanog zaključka došli su istraživači koji su proučavali planete koje je pronašao Kepler - pokazalo se da se 60% super-Zemlja koje se okreću oko zvijezda nalik suncu značajno razlikuju od onoga što opažamo u Sunčevom sistemu, te zahtijevaju preispitivanje postojećih teorija. Većina super-Zemlja, sastavljenih uglavnom od čvrste materije sa malom količinom gasa, prati orbite bliže zvezdama od Zemlje, a često zvezde imaju nekoliko takvih planeta odjednom. Na primjer, sistem Kepler-80 ima četiri super-Zemlje, sve sa orbitama od 9 dana ili manje. Konvencionalna teorija je da je unutar snježne granice nakupljanje presporo da bi proizvelo nešto tako veliko. Ali super-Zemlje se rijetko nalaze u rezonantnim orbitama, što sugerira da nisu migrirale, već su se odmah formirale tamo gdje ih nalazimo.
Istraživači smišljaju nove načine za rješavanje ovog problema. Jedna ideja je da se ubrza akrecija pomoću procesa poznatog kao skupljanje kamenčića. Disk bogat gasom ima veliki uticaj na objekte veličine šljunka. To ih obično usporava, uzrokujući da se približe zvijezdi. Ali što su bliže zvijezdi, to je veća gustoća, a kao rezultat toga, stopa formiranja planetezimala raste sa smanjenjem udaljenosti do zvijezde. Ali ubrzana akrecija i disk bogat plinom sami po sebi stvaraju problem: u takvom slučaju, super-Zemlje bi trebale steći gustu atmosferu kada pređu određenu veličinu. "Kako ih spriječiti da se pretvore u plinske divove?" pita astrofizičar Roman Rafikov sa Instituta za napredne studije u Princetonu, New Jersey.
Eugene Chang, astronom sa Univerziteta Kalifornije u Berkliju, kaže da nema potrebe za ubrzavanjem akrecije sve dok je disk zasićen i bogat plinom. Unutrašnji disk 10 puta gušći od onog koji je formirao Sunčev sistem mogao bi lako da stvori jednu ili više super-Zemlja, koje će se pojaviti u poslednjim danima postojanja protoplanetarnog diska, kada se većina gasa već rasprši, kaže on.
Neka preliminarna zapažanja sa velikog ALMA mm/submilimetarskog teleskopa u sjevernom Čileu podržavaju ovaj prijedlog. ALMA može vizualizirati radio emisiju prašine i šljunka na protoplanetarnim diskovima, a čini se da je nekoliko diskova koje je do sada proučavalo relativno masivno. Ali zapažanja još nisu konačna istina, jer ALMA još nije u potpunosti operativna, a uz njenu pomoć moguće je promatrati samo vanjske dijelove diskova, a ne i regije u kojima se nalaze super-Zemlje. “Moći ćemo vidjeti unutrašnjost kada ALMA bude u mogućnosti da koristi svih svojih 66 antena,” kaže Chang.
Chang također ima objašnjenje za još jedno Keplerovo otkriće: superpufovi, rijetka i jednako problematična vrsta planeta koje imaju manju masu od super-Zemlja, ali izgledaju ogromne zbog bujne atmosfere koja čini 20% njihove mase. Smatra se da se takve planete formiraju u disku bogatom gasom. Ali u unutrašnjem disku, toliku zapreminu vrućeg gasa ne može zadržati slaba gravitacija protoplaneta, tako da je hladan i gust gas vanjskog diska vjerovatnije mjesto za rođenje takvih planeta. Čang objašnjava njihove bliske orbite zvijezdama migracijom - tvrdnja potkrijepljena činjenicom da se superpufovi često nalaze zaključani u rezonantnim orbitama.
Do sada je većina pažnje u istraživanju egzoplaneta bila usmjerena na unutrašnjost planetarnih sistema, do otprilike ekvivalentne udaljenosti orbite Jupitera, iz jednostavnog razloga što sve postojeće metode za otkrivanje egzoplaneta ne dozvoljavaju njihovo pronalaženje. na većoj udaljenosti od zvezde. Dvije glavne metode - mjerenje oscilacija zvijezda uzrokovanih gravitacijskim utjecajem planeta i mjerenje periodičnog zatamnjenja diska zvijezde dok planeta prolazi kroz njega - omogućavaju pronalaženje velikih planeta u bliskim orbitama. Dobivanje slika samih planeta je izuzetno teško jer je njihova slaba svjetlost gotovo prigušena svjetlošću njihovih zvijezda, koje mogu biti milijardu puta sjajnije.
Ali, koristeći najveće svjetske teleskope, astronomi su uspjeli vidjeti nekoliko planeta. Spektropolarimetrijski sistem visokog kontrasta (SPHERE) i Twin Planet Imager (GPI) koji su dodani velikim teleskopima u Čileu opremljeni su sofisticiranim maskama zvanim koronografi da blokiraju svjetlost zvijezda. Stoga ne čudi što su planete daleko od svojih zvijezda za njih najlakša meta.
Jedan od najranijih i najupečatljivijih planetarnih sistema otkrivenih direktnim snimanjem je onaj oko zvijezde HR 8799, gdje se četiri planete nalaze u rasponu od zvijezde na udaljenosti od orbite Saturna do više od dvostruke orbite Neptuna. Najčudnije je da su sve četiri planete ogromne, više od pet puta veće od mase Jupitera. Prema teoriji, planete u tako udaljenim orbitama kreću se tako sporo da moraju rasti brzinom puža i akumulirati mase mnogo manje od Jupiterove do trenutka kada disk plina i prašine nestane. Pa ipak, njihove "dobre" kružne orbite sugeriraju da su se formirale direktno na njima, a da im nisu migrirali iz područja bliže zvijezdi.
Ovako udaljeni divovi daju podršku najradikalnijoj teoriji, po kojoj neke planete nastaju ne akrecijom, već takozvanom gravitacionom nestabilnošću. Za ovaj proces je potreban protoplanetarni disk bogat gasom koji se pod svojom gravitacijom raspada u "grudice". Ove nakupine plina se s vremenom spajaju i skupljaju u plinovite planete bez formiranja čvrstog jezgra. Modeli sugeriraju da će mehanizam raditi samo pod određenim okolnostima: plin mora biti hladan, ne smije se vrtjeti prebrzo, a komprimirani plin mora biti u stanju efikasno ukloniti toplinu. Može li ova teorija objasniti planete oko HR 8799? Rafikov kaže da su samo dvije vanjske planete dovoljno udaljene i hladne. "To je još uvijek prilično misteriozan sistem", kaže on.
Još je prerano reći kakva bi druga iznenađenja mogli donijeti GPI i SPHERE. Ali oblast između rubnih regiona planetarnih sistema i obližnjih susedstava zvezda sa vrelim Jupiterima i super-Zemljama ostaje tvrdoglavo van domašaja: preblizu zvezdi za direktno snimanje i predaleko za indirektne metode zasnovane na kolebanju ili zatamnjenje matične zvezde. Kao rezultat toga, teoretičarima je teško dobiti potpunu sliku o tome kako izgledaju egzoplanetarni sistemi. „Mi se zasnivamo na fragmentarnim i nepotpunim zapažanjima“, kaže Laflin. “Trenutno su vjerovatno sve pretpostavke pogrešne.”
Astronomi neće morati dugo čekati na nove podatke. NASA će sljedeće godine lansirati satelit za snimanje egzoplaneta (TESS), a očekuje se da će Evropska svemirska agencija (ESA) također lansirati satelit za karakterizaciju egzoplaneta (CHEOPS). Za razliku od Keplera, koji je ispitivao širok spektar zvijezda samo da bi identificirao egzoplanete, TESS i CHEOPS će se fokusirati na zvijezde blizu Sunca, omogućavajući istraživačima da proučavaju migrirajuću terra incognita (nepoznate zemlje - cca. transl.). A budući da su ciljne zvijezde blizu Sunčevog sistema, zemaljski teleskopi bi trebali biti u mogućnosti da procijene masu otkrivenih planeta, omogućavajući istraživačima da izračunaju njihove gustine i utvrde jesu li čvrste ili plinovite.
Teleskop James Webb, koji bi trebao biti lansiran ove godine, moći će ići još dalje analizom svjetlosti zvijezde koja prolazi kroz atmosferu egzoplaneta kako bi odredio njen sastav. "Kompozicija je važan ključ za oblikovanje", kaže McIntosh. Na primjer, potraga za teškim elementima u atmosferama super-Zemlja može ukazati na to da je disk bogat takvim elementima neophodan za brzo formiranje planetarnih jezgara. U sljedećoj deceniji, svemirske letjelice kao što su TESS i CHEOPS pridružit će se lovu na egzoplanete, zajedno s novom generacijom ogromnih zemaljskih teleskopa s ogledalima prečnika 30 metara ili više.
Ako su stare teorije do posljednjeg pomogle modelarima da čvrsto stanu na noge, onda pod pritiskom novih otkrića, ovaj temelj počinje da se urušava, a istraživači će morati naporno raditi kako bi ostali na nogama. „Priroda je pametnija od naših teorija“, kaže Rafikov.
Jučer su naučnici evropskih juga (ESO) potvrdili otkriće egzoplanete nalik Zemlji u potencijalno nastanjivoj zoni Proksime Kentauri, naše najbliže zvijezde. Iako smo pisali o ovom otkriću, očito, jedan članak se ovdje ne može odbaciti: nova planeta se već oslanja na otkriće jednog stoljeća. Glasine o mogućem otkriću egzoplanete koja bi mogla postati još jedna Zemlja pojavile su se 12. avgusta u njemačkom nedjeljniku Der Spiegel. Pozivajući se na anonimni izvor iz opservatorije La Silla, časopis je tvrdio da planeta „možda bude slična Zemlji i da kruži na takvoj udaljenosti od Proksime Kentauri da bi na svojoj površini mogla imati tečnu vodu, što je suštinski preduslov za nastanak života. "
Sada znamo da su ove glasine bile istinite: potvrđeno je da planeta kruži oko Proksime Kentauri, malog crvenog patuljka, udaljene samo 4,25 svjetlosnih godina. Proxima Centauri je malo bliža od poznatog para Alpha i Beta Alpha Centauri. Planeta se zove Proxima b, a ESO tim procjenjuje njenu masu na 1,3 Zemljine.
Orbita planete se nalazi skoro sedam miliona kilometara od Proksime Centauri, što je 5% udaljenosti između Zemlje i našeg Sunca. Takođe, ova zvijezda je mnogo hladnija od našeg Sunca, pa se Proxima b još uvijek nalazi u "potencijalno nastanjivoj zoni" egzoplaneta, u kojoj temperatura dozvoljava da voda bude u tečnom stanju na površini.
Otkako je 1995. otkrivena prva egzoplaneta, astronomi su identificirali više od 3.000 takvih tijela koja kruže oko udaljenih zvijezda. „Živimo u univerzumu koji vrvi od zemaljskih planeta“, kaže Pedro Amado iz Instituto de Astrofisica de Andalucia. Smatra se da su zvijezde crvenih patuljaka poput Proxima Centauri pogodno utočište za male kamenite planete veličine Zemlje.
Prema riječima vođe projekta i koordinatora Guillema Anglad-Escudea sa Univerziteta Queen Mary u Londonu, prvi nagoveštaji ove nove planete pojavili su se 2013. godine, ali nije bilo dovoljno dokaza da se tvrdi da je otkriveno. Najnovija kampanja posmatranja nazvana je Pale Red Dot (jer je Proxima Centauri crveni patuljak), inspirisana čuvenim opisom Zemlje Carla Sagana: blijedoplava tačka.
Tim od 31 naučnika iz osam zemalja koristio je Doplerov efekat da otkrije slabašno mreškanje u spektru svetlosti Proksime Centauri koje se približava i udaljava od Zemlje svakih 11,2 dana brzinom od oko 5 km/h. Takvo kolebanje moglo bi biti uzrokovano gravitacijskim potezom kometa. Kombinujući podatke iz kampanje Pale Red Dot sa podacima prikupljenim ranije, između 2000. i 2014. godine, astronomi su potvrdili oštar vrh - znatno iznad praga detekcije - u podacima Doplerovog pomaka, što ukazuje na egzoplanetu veličine Zemlje.
Tehnologija za otkrivanje Proxima b postoji već najmanje deceniju, pa zašto su astronomi mogli pronaći planetu tek sada? To je zato što je Proxima Centauri prilično aktivna za zvijezdu, a njen prirodni sjaj može oponašati signal moguće planete. Tim je morao da se osloni na zapažanja sa dva druga teleskopa da bi razumeo tačno kako se sjaj zvezde menja tokom vremena i eliminisao mogućnost lažnog signala. Prema Anglada-Escudeu, šansa da je ovaj signal lažno pozitivan je oko 1 prema 10 miliona.
Još nije jasno da li nova egzoplaneta ima atmosferu. Budući da je Proxima Centauri relativno aktivna zvijezda, Proxima b prima 400 puta veću ekspoziciju rendgenskim zracima nego što imamo na Zemlji, a to bi moglo uzrokovati da atmosfera pobjegne.
Ali Ansgar Reiners sa Univerziteta u Getingenu u Nemačkoj kaže da sve zavisi od toga kako i kada je egzoplaneta nastala. Možda se formirao dalje, gdje je bila prisutna voda, a zatim migrirao bliže svojoj zvijezdi, ili je možda nastao u početku blizu Proksime Centauri. U prvom scenariju, vjerovatnije bi bilo prisustvo atmosfere.
„Postoje mnogi modeli i simulacije koje daju širok spektar rezultata, uključujući moguću atmosferu i vodu“, kaže Reiners. "Još nemamo pojma, ali postojanje atmosfere je definitivno moguće." Ovo bi bio jak argument u prilog mogućeg prisustva života na planeti. A relativna blizina našeg solarnog sistema čini robotsko istraživanje mogućim unutar jedne generacije.
„Životni vek Proksime je nekoliko triliona godina, skoro hiljadu puta duži od preostalog životnog veka Sunca“, kaže Avi Loeb sa Univerziteta Harvard, koji je na čelu savetodavnog saveta. "Potencijalno nastanjiva stenovita planeta u blizini Proksime biće prvo mesto na koje naša civilizacija može otići nakon što Sunce umre za pet milijardi godina."
Inicijativa Starshot, koju smo predstavili u aprilu, je program vredan 100 miliona dolara za pronalaženje i istraživanje mogućnosti međuzvjezdanog putovanja. Prva faza uključuje izgradnju lakih samohodnih "nano-uređaja" koji se mogu kretati brzinom od 20% svjetlosti. Takva svemirska letjelica stigla bi do Alpha Centauri 20 godina nakon lansiranja. Trenutno naučnici projekta pokušavaju da pokažu mogućnost upotrebe moćnih laserskih zraka, uz pomoć kojih će se kretati svjetlosno jedro.
Otkriće potencijalno nastanjive planete u blizini Proksime Centauri otvara veliku metu za misiju, rekao je Loeb. Svemirska letjelica opremljena kamerom i raznim filterima može snimiti slike planete u boji i odrediti da li je zelena (što znači da ima život), plava (sa oceanima na površini) ili samo smeđa (suhi kamen). Želja da se sazna više o planeti – naime, ima li života na njoj – dat će inicijativi Starshot osjećaj hitnosti da prikupi činjenice o planeti. Konkretno, one do kojih se ne može doći korištenjem sadašnje generacije zemaljskih teleskopa na Zemlji.
"Definitivno se nadamo da ćemo moći lansirati ove nanosonde u roku od jedne generacije", rekao je Peter Warden iz fondacije Breakthrough Prize tokom nedavne konferencije za novinare. - Verovatno do 2060. Sada znamo da postoji barem jedna zanimljiva meta unutar dosega našeg predloženog sistema. Moći ćemo dobiti slike i saznati postoji li tamo život, moguće napredan. To su velika pitanja i na njih ćemo imati odgovore u ovom vijeku.”
Važnost otkrivanja planete slične Zemlji tako blizu Zemlji je da možemo naučiti više o njoj, doslovno je dodirnuti, vrlo, vrlo brzo. Ovo može biti nalaz stoljeća, jer ćemo ga već u ovom vijeku „posjetiti“.
Još od 18. vijeka, naučnici vjeruju da su život i inteligencija sveprisutni u svemiru, te da su naseljeni ne samo planete i mjeseci, već čak i zvijezde, uključujući naše Sunce. Vremenom je takav maksimalizam morao biti napušten, ali je postojala nada za nastanjivost Venere i Marsa. Astronomi su čak pronašli "potvrdu" postojanja vanzemaljaca: na primjer, "kanale" na Marsu.
Šezdesetih godina prošlog veka, kada su istraživačka vozila otišla na planete, pokazalo se da susedni svetovi nisu prilagođeni za život, a čak i da postoji, nije u razvijenom obliku. U istoriji čovječanstva počelo je tužno razdoblje „kosmičke usamljenosti“: dvadeset godina je čak i prisustvo planeta oko drugih zvijezda dovedeno u pitanje.
Fotografija površine Venere koju je prenijela sovjetska sonda Venera-13 (prije nego što se sonda slomila od vrućine). Srećna kolonizacija!
Prva egzoplaneta, čije su postojanje odmah potvrdile dvije nezavisne grupe istraživača, otkrivena je 1995. godine. Postojao je ovaj "vrući Jupiter" u blizini zvijezde 51. Pegaz, koji je nedavno dobio službeni naziv Dimidius. Trenutno je otkriveno 3518 planeta u 2635 planetarnih sistema, i oni su veoma raznoliki. Međutim, i naučnici i javnost najviše pažnje posvećuju potrazi za planetama sličnim Zemlji koje se nalaze u "naseljivoj zoni", jer upravo na njima postoji šansa da se pronađe drugi život.
Prilikom traženja egzoplaneta koriste se dvije glavne metode. Prvo, oni mjere kako se ugaona brzina zvijezde mijenja pod gravitacijskim utjecajem njenih nevidljivih satelita. Drugo, fluktuacije u njegovoj svjetlini se bilježe kada satelit prođe pored njegove pozadine. Direktne fotografije egzoplaneta mogu se izbrojati na prste, pa se njihove fizičke karakteristike moraju suditi na osnovu indirektnih podataka, što podrazumijeva prilično širok spektar mogućnosti.
"Vrući Jupiter" Demidius, 51 Pegasus, kako ga je zamislio umjetnik
Planete plinovitih divova imaju najznačajniji utjecaj na ugaonu brzinu i sjaj zvijezde, pa su dugo vremena naučnici otkrivali samo njih. Zbog toga je čak postojalo mišljenje da su divovi tipična pojava u svemiru, a svjetovi nalik Zemlji rijetkost. Na primjer, to je izrazio Stanislav Lem. Iz nekog razloga, veliki poljski pisac naučne fantastike zaboravio je na izbor instrumenata, koji je određen rezolucijom opreme.
Što su instrumenti postajali savršeniji, to se više kamenih planeta počelo nalaziti. Prvo su otkrivene super-Zemlje ogromne mase, a onda je došao red na planete slične Zemlji, koje su tek nešto veće od našeg svijeta. Počela je potraga za Zemljom-2 - planetom koja bi po masi bila bliska našoj i koja bi se nalazila u "naseljivoj zoni", odnosno na takvoj udaljenosti od zvijezde na kojoj bi bilo dovoljno topline za postojanje vode u tekućem stanju na površini.
Zašto je to važno? Zato što poznajemo samo jedan oblik života – zemaljski, i on ne bi mogao nastati bez tekuće vode, koja služi kao univerzalni rastvarač. Shodno tome, naučnici vjeruju da je vjerovatnoća postojanja biosfere na planeti s vodenim tijelima mnogo veća nego bilo gdje drugdje.
Alfa Centauri sistem: α Centauri A, α Centauri B, Proxima Centauri. Sunce - za poređenje
Iako se egzoplanete slične Zemlji nalaze na raznim mjestima, od posebnog interesa su, naravno, svjetovi koji su nam najbliži. Oni mogu postati glavni cilj astronautike u budućnosti. U oktobru 2012. godine objavljeno je otkriće egzoplanete u blizini Alpha Centauri B. Ova zvijezda je druga komponenta sistema sa tri zvijezde udaljenog 4,3 svjetlosne godine.
Otkriće je izazvalo veliku buku, ali su ga 2015. godine, nakon analize nagomilanih podataka, astronomi "poništili". Stoga se proučavanju treće komponente - Alpha Centauri C, poznatije kao Proxima (Najbliža) - pristupilo s krajnjim oprezom.
Zvijezda koja se nalazi na udaljenosti od 4,22 svjetlosne godine od nas, ali nije vidljiva golim okom, otkrivena je relativno nedavno. Godine 1915. primijetio ga je i opisao škotski astronom Robert Innes; bile su potrebne još dvije godine da se izmjeri udaljenost do njega.
Alpha Centauri C (aka Proxima), nama najbliža zvijezda
Proxima je crveni patuljak, koji periodično treperi: njegov sjaj se može povećati šest puta odjednom! Studije su pokazale da je rendgenska emisija Proksime uporediva sa sunčevom, a tokom jakih baklji koje se javljaju osam puta godišnje, može se povećati za tri do četiri reda veličine. Sve to čini problematičnim postojanje naseljivih planeta u neposrednoj blizini Proksime, ali su pisci naučne fantastike oduvijek vjerovali da su one tu.
Na primjer, Proxima je opisana kao meta "brodova generacija" u Robert Heinlein-ovom Pastorku svemira (1963) i Harryju Harrisonu The Captive Universe (1969). U priči Murraya Leinstera "Proxima Centauri" (1935), jedna od dvije planete u sistemu Proxima naseljena je biljkama mesožderima koje nisu skloni jesti zemaljske astronaute. U "Magelanovom oblaku" Stanislava Lema (1955.) Zemljani tamo pronalaze dvije stenovite planete i drevni mrtvi zvjezdani brod "Atlantida". U romanu Vladimira Savčenka Over the Pass (1984), Proxima ima pustinjske planete na kojima se razvio inteligentni kristalni život. U romanu Vladimira Mihanovskog „Koraci u beskonačnost“ (1973) u blizini Proksime postoji samo jedna planeta, Ruton, koja nema biosferu, ali je bogata mineralima.
Naučnici su, kao i pisci naučne fantastike, bili zainteresovani za pronalaženje planeta oko najbliže zvezde. Godine 1998. svemirski teleskop Hubble otkrio je sumnjivi objekt na udaljenosti od 0,5 AJ. iz Proksime, ali pažljivija zapažanja nisu potvrdila otkriće. Dalja istraživanja isključila su mogućnost postojanja smeđih patuljaka i plinskih divova u njegovim orbitama, zatim - super-Zemlja.
Astronom Mikko Tuomi je 2013. godine, proučavajući podatke iz višegodišnjih posmatranja Proksime, primetio ponavljajuću anomaliju i sugerisao da to ukazuje na prisustvo male stenovite egzoplanete u orbiti veoma blizu zvezde. Radi provjere, stručnjaci iz Evropske južne opservatorije, smještene u Čileu, pokrenuli su projekat Red Dot u januaru 2016. godine, a 24. augusta zvanično je objavljeno otkriće svijeta koji je do sada dobio kodni naziv Proxima Centauri b.
Ispostavilo se da je egzoplaneta relativno mala: njena masa se procjenjuje na 1,27 Zemlje. Rotira se toliko blizu svoje zvijezde (0,05 AJ) da je godina na njoj nešto više od 11 zemaljskih dana, međutim, zbog niske svjetlosti Proksime, tamošnji uslovi su prilično pogodni za nastanak i razvoj života: Vjeruje se da za ovu novu planetu bolje odgovara Mars.
Proxima b (pogled umjetnika) u poređenju sa Zemljom
Međutim, postoje i problemi. Zbog svoje blizine svojoj zvijezdi, rotacija egzoplanete oko vlastite ose mora biti sinhronizovana sa njenom cirkulacijom oko Proksime, odnosno uvijek je okrenuta na jednu stranu prema zvijezdi. Mora da je veoma vruće na ovoj hemisferi, veoma hladno na drugoj. Astrobiolozi kažu da bi u ovom slučaju hipotetički rezervoari i oblici života trebali biti smješteni u prijelaznoj zoni između hemisfera. Istovremeno, klimatski parametri mogu varirati u prilično širokim granicama: ovise o gustoći i sastavu atmosfere, kao io tome kakve su zalihe vode bile na planeti nakon njenog formiranja.
Drugi problem je zračenje Proksime, jer otkrivena planeta, čak iu “mirnim” vremenima, prima 30 puta više ultraljubičastog zračenja od Zemlje od Sunca i 250 puta više rendgenskih zraka. A ako se prisjetimo i periodičnih izbijanja i super izbijanja, onda situacija za lokalne oblike života postaje potpuno nepovoljna. Ipak, astrobiolozi vjeruju da se biosfera može prilagoditi tako teškim uvjetima: od smrtonosnih zraka lokalna bića se mogu sakriti u pećinama ili pod vodom.
Osim toga, na Zemlji postoje oblici života (na primjer, koralni polipi) koji su naučili da ponovo emituju energiju Sunca putem biofluorescencije. Ako su i stanovnici egzoplanete savladali ovu tehniku, onda se mogu otkriti zračenjem na određenim talasnim dužinama, što će naučnici raditi u budućnosti.
O tome kako bi život mogao izgledati na egzoplaneti poput Proksime Centauri b, govori "Alien Worlds: Aurelia" (2005.)
Još jedno otkriće, koje je objavljeno 27. avgusta, napravljeno je na ruskom radioteleskopu RATAN-600, koji se nalazi u Karačaj-Čerkeziji. Naučnici koji su radili na njemu uhvatili su snažan tačkasti signal koji je došao sa zvijezde nalik suncu HD 164595 - nalazi se u sazviježđu Herkules na udaljenosti od 94,4 svjetlosne godine od nas. Inače, tamo je godinu dana ranije otkrivena ogromna planeta čija je masa šesnaest puta veća od Zemljine. Ponavljanje signala još nije zabilježeno, pa astronomi izbjegavaju govoriti o njegovom vjerovatnom vještačkom poreklu.
Osim toga, proračuni pokazuju da bi za generiranje takvog signala, ako bi bio usmjeren tačno na Zemlju, bilo potrebno ogromnih 50 triliona vati energije. To je više od sve energije koju proizvodi naša civilizacija danas, pa najvjerovatnija verzija izgleda kao slučajno presretanje radio emisije iz nekog prirodnog izvora. Zapravo, priča se ponavlja sa signalom “Vau!”, koji je primljen 1977. godine i čija misterija još nije razjašnjena.
Teleskop RATAN-600
Možda je nauka blizu otkrivanja vanzemaljskog života. Imamo li zaista priliku za prvi kontakt? Ili će se naše nade opet, kao prije pola vijeka, pretvoriti u razočarenje? ..
Nauka
Naučnici su otkrili misterioznu planetu izvan našeg solarnog sistema, koji je po veličini i sastavu najsličniji Zemlji, ali na njoj prevruće za održavanje života.
Egzoplaneta je dobila ime Kepler-78b. Njegova orbita je zbunila astronome - 20% je šira, a masa je 80% veća od Zemlje, uprkos činjenici da njegova gustina je ista kao i na našoj planeti.
Egzoplaneta je na udaljenosti od oko 1,5 miliona kilometara od zvezde. Kepler-78b obiđe svoju zvijezdu za oko 8,5 sati. Temperatura na planeti je oko 2000 stepeni Celzijusa, prema naučnicima.
Otkriće je spomenuto u dvije studije, čiji su rezultati objavljeni u časopisu Nature.
Hvala za teleskop Kepler astronomi su saznali za hiljade egzoplaneta u našoj galaksiji, od kojih su mnoge iste veličine kao i naša planeta. Ove planete se okreću oko zvijezda poput našeg Sunca.
Iako je lako izmjeriti veličinu egzoplaneta, bilo je prilično teško saznati njegovu masu. Masa je važan parametar, jer vam omogućava da saznate gustinu planete, a samim tim i od čega je ova planeta napravljena.
Egzoplanete slične Zemlji
Kepler-78b je veoma interesantan zbog toga najmanja egzoplanet, u kojoj su naučnici sa velikom preciznošću uspeli da saznaju poluprečnik i masu.
Prema astronomskim standardima, ova planeta se može nazvati virtuelnim blizankom Zemlje.
Naučnici saznaju veličinu egzoplanete, kao i vrijeme potrebno da kruži oko svoje zvijezde, mjerenjem količine svjetlosti koju planeta blokira dok prolazi ispred zvijezde.
Nakon što su naučnici mjerili sjaj planete Kepler-78b tokom 4 godine u intervalima od 30 minuta, naučnici su otkrili da je sjaj zvijezde opao za 0,02% svakih 8,5 sati kako je planeta prolazila ispred svoje zvijezde.
tajna planeta
Planeta Kepler-78b otkrivena je u septembru 2013. godine kada je kružila oko zvijezde slične našem Suncu u sazviježđu Labud, otprilike na udaljenosti 400 svjetlosnih godina od Zemlje.
Od svog lansiranja (mart 2009.), svemirski teleskop Kepler je bio u stanju da detektuje skoro 3.600 potencijalnih egzoplaneta.
Dva tima naučnika proučavala su masu i gustinu nove planete. Tim Andrew Howard (Andrew Howard) iz Univerzitet Hawaii, izračunali su da je masa planete Kepler-78b 1,69 puta veća od mase Zemlje, dok su podaci tima Frančeska Pepea (Francesco Pepe) iz Univerzitet u Ženevi, pokazalo je da egzoplaneta ima masu 1,86 puta veću.
Gustoća koju je prvi tim izračunao je 5,57 grama po kubnom centimetru, dok je drugi tim došao do gustine od 5,3 grama po kubnom centimetru.
Pošto svaki tim prepoznaje određene greške, sa sigurnošću se može reći da naučnici su u pravu u svojim proračunima. Vrijedi napomenuti da je gustina Zemlje 5,5 grama po kubnom centimetru. To znači da nova egzoplaneta može imati isti sastav kao Zemlja.
nova planeta
Nova planeta kruži oko svog sunca, postepeno mu se približavajući, otprilike za 3 milijarde godina njeni dani će biti odbrojani- kolosalna gravitacija zvezde će je raskomadati.
Prema astronomskim standardima, planeta će vrlo brzo postati dio zvijezde. Na Kepleru-78b to neće biti moguće pronađite vanzemaljski život, zbog previsoke temperature na njegovoj površini.
Pa ipak, masa i gustoća nove planete, slične Zemlji, omogućavaju nam da se nadamo da negdje postoji planeta blizanac naše Zemlje, koja ima sličnu veličinu, sastav i temperaturu na svojoj površini.
Prema Drakeu Demingu iz Univerzitet u Marylandu, postojanje Keplera-78b dokazuje da, izvan našeg Sunčevog sistema, planete slične Zemljine nisu neuobičajene.
Deming nagoveštava novi NASA program pod nazivom TESS (Tranzitni satelit za istraživanje egzoplaneta). To će biti svemirski teleskop koji trenutno razvija Massachusetts Institute of Technology. Dvije godine će njegova misija biti da pronađe i proučavanje nepoznatih tranzitnih egzoplaneta okrećući se oko sjajnih zvezda.
* Masa Sunca je jednaka 99,86% mase našeg čitavog Sunčevog sistema. Sve ostalo, uključujući planete i asteroide, iznosi samo 0,14%.
* Jupiter se može pohvaliti tako moćnim magnetnim poljem da svakog dana obogaćuje Zemljino magnetno polje milijardama vati.
* Jedan dan na Veneri traje 243 zemaljska dana, uprkos činjenici da godina traje samo 225.
* Mars se može pohvaliti najvećim vulkanom u našem solarnom sistemu. Zove se "Olimp" i proteže se na više od 600 km i ima visinu od 27 km. Vrijedi napomenuti da se vrh Mount Everesta nalazi na nadmorskoj visini od 8,5 km.
* Naša planeta nema konstantnu težinu. Prema naučnicima, svake godine Zemlja postaje teža za 40.000 -160.000 tona, ali uspeva da spusti oko 96.600 tona, što znači gubitak od oko 56.440 tona.
Možete izgubiti brojku koliko smo puta čuli frazu da su "naučnici pronašli prvu egzoplanetu istinski nalik Zemlji". Astronomi su do danas uspjeli utvrditi prisustvo više od 2.000 različitih egzoplaneta, pa nije iznenađujuće da među njima ima i onih koje su, u ovoj ili onoj mjeri, zaista slične Zemlji. Međutim, koliko bi od ovih egzoplaneta sličnih Zemlji moglo biti nastanjeno?
Slične izjave date su svojevremeno u vezi sa Tau Ceti e i Keplerom 186f, koji su također bili kršteni blizanci Zemlje. Međutim, ove egzoplanete se ni po čemu ne ističu i uopšte nisu nalik Zemlji, kako bismo mi želeli da budu.
Jedan od načina da se odredi koliko bi planeta mogla biti nastanjiva je putem takozvanog Indeksa sličnosti Zemlje (ESI). Ovaj indikator se izračunava na osnovu podataka o radijusu egzoplanete, njenoj gustoći, površinskoj temperaturi i podacima o paraboličnoj brzini - minimalnoj brzini koju objekt mora dati da bi savladao gravitaciono privlačenje određenog nebeskog tijela. Indeks sličnosti sa Zemljom kreće se od 0 do 1, a svaka planeta s indeksom većim od 0,8 može se smatrati "sličnom Zemlji". U našem solarnom sistemu, na primjer, Mars ima ESI od 0,64 (slično egzoplaneti Kepler 186f), dok Venera ima ESI od 0,78 (isto kao i Tau Ceti e).
Ispod je pet planeta koje najviše odgovaraju opisu Zemljinog blizanca na osnovu njihovih ESI rezultata.
Egzoplaneta Kepler 438b ima najveći ESI indeks među svim trenutno poznatim egzoplanetima. To je 0,88. Otkrivena 2015. godine, ova planeta kruži oko zvijezde crvenog patuljka (mnogo manja i hladnija od našeg Sunca) i ima radijus samo 12 posto veći od Zemljinog. Sama zvijezda se nalazi oko 470 svjetlosnih godina od Zemlje. Planeta napravi potpunu rotaciju za 35 dana. Nalazi se u zoni pogodnoj za stanovanje, prostoru unutar svog sistema u kojem nije ni prevruće ni prehladno da bi se na površini planete podržala tečna voda.
Kao i kod drugih otkrivenih egzoplaneta koje kruže oko malih zvijezda, masa ove egzoplanete nije proučavana. Međutim, ako ova planeta ima kamenitu površinu, tada će njena masa vjerovatno biti samo 1,4 puta veća od Zemljine, a temperatura na površini će varirati od 0 do 60 stepeni Celzijusa. Kako god bilo, ESI indeks nije ultimativna metoda za određivanje nastanjivosti planeta. Naučnici su nedavno primijetili i otkrili da matična zvijezda planete, Kepler 438b, prilično redovno doživljava vrlo moćne emisije radijacije, koje na kraju mogu učiniti ovu planetu potpuno nenastanjivom.
ESI indeks planete Gliese 667Cc je 0,85. Planeta je otkrivena 2011. Ona kruži oko crvenog patuljka Gliese 667 u trostrukom sistemu zvijezda koji se nalazi "samo" 24 svjetlosne godine od Zemlje. Egzoplaneta je otkrivena zahvaljujući mjerenju radijalne brzine, uslijed čega su naučnici otkrili da se u kretanju zvijezde javljaju neke fluktuacije uzrokovane gravitacijskim utjecajem planete koja se nalazi u njenoj blizini.
Približna masa egzoplanete je 3,8 puta veća od mase Zemlje, ali naučnici nemaju pojma koliko je Gliese 667Cc velik. To nije moguće saznati jer planeta ne prolazi ispred zvijezde, što bi omogućilo izračunavanje njenog polumjera. Orbitalni period Gliese 667Cc je 28 dana. Nalazi se u naseljivoj zoni svoje hladne zvijezde, što zauzvrat omogućava naučnicima da pretpostave da je temperatura na njegovoj površini oko 5 stepeni Celzijusa.
Kepler 442b
Planeta Kepler 442b, poluprečnika 1,3 puta većeg od radijusa Zemlje i ESI indeksa od 0,84, otkrivena je 2015. godine. Okreće se oko zvijezde koja je hladnija od Sunca i nalazi se oko 1100 svjetlosnih godina od nas. Njegov orbitalni period je 112 dana, što sugeriše da se nalazi u nastanjivoj zoni svoje zvezde. Međutim, temperatura na površini planete može pasti do -40 stepeni Celzijusa. Poređenja radi: temperatura na polovima Marsa zimi može pasti do -125 stepeni. Opet, masa ove egzoplanete je nepoznata. Ali ako ima kamenitu površinu, onda njegova masa može biti 2,3 puta veća od mase Zemlje.
Dvije planete sa ESI od 0,83 odnosno 0,67 otkrivene su svemirskim teleskopom Kepler 2013. godine kada su prošle ispred svoje matične zvijezde. Sama zvijezda se nalazi na oko 1200 svjetlosnih godina od nas i nešto je hladnija od Sunca. Sa planetarnim radijusima 1,6 puta i 1,4 puta Zemljinim, njihovi orbitalni periodi su 122 odnosno 267 dana, što sugeriše da su oba u zoni pogodnoj za život.
Kao i većina drugih planeta otkrivenih teleskopom Kepler, masa ovih egzoplaneta ostaje nepoznata, ali naučnici sugerišu da je u oba slučaja oko 30 puta veća od mase Zemlje. Temperatura svake od planeta može podržati prisustvo vode u tečnom obliku. Istina, sve će ovisiti o sastavu atmosfere koju posjeduju.
Kepler 452b, sa ESI od 0,84, otkriven je 2015. godine i bio je prva planeta potencijalno slična Zemlji pronađena u naseljivoj zoni koja kruži oko zvijezde slične našem Suncu. Radijus planete je oko 1,6 puta veći od poluprečnika Zemlje. Planeta napravi punu revoluciju oko svoje matične zvijezde, koja se nalazi oko 1400 svjetlosnih godina od nas, za 385 dana. Budući da je zvijezda predaleko, a njena svjetlost nije previše sjajna, naučnici ne mogu izmjeriti gravitacijski utjecaj Keplera 452b i, kao rezultat, odrediti masu planete. Postoji samo pretpostavka prema kojoj je masa egzoplaneta oko 5 puta veća od mase Zemlje. Istovremeno, temperatura na njegovoj površini, prema grubim procjenama, može varirati od -20 do +10 stepeni Celzijusa.
Iz svega ovoga proizilazi da čak i planete koje najviše nalikuju Zemlji, u zavisnosti od aktivnosti njihovih matičnih zvijezda, koje se mogu jako razlikovati od Sunca, možda neće biti u stanju održati život. Druge planete, zauzvrat, imaju veoma različite veličine i površinske temperature od Zemljinih. Međutim, s obzirom na pojačanu aktivnost posljednjih godina u potrazi za novim egzoplanetima, ne možemo isključiti mogućnost da među pronađenima ipak sretnemo planet slične mase, veličine, orbite i zvijezde nalik suncu oko koje se okreće oko Zemlja.
Kako započeti kao tutor?
Učenje engleskog na daljinu
Pravilni i nepravilni engleski glagoli