Planeta slična zemlji. U potrazi za drugom Zemljom - koji su egzoplanete slični našem planetu? Gdje gledamo?
Kad su prije dva desetljeća astronomi otkrili prvi egzoplanet oko obične zvijezde, bili su i sretni i zbunjeni: otkriveni planet 51 Pegasus b bio je jedan i pol puta masivniji od Jupitera, ali se istovremeno nalazio izuzetno blizu zvijezda: jednu revoluciju napravi za samo 4 dana, što mnogo brže od Merkura, planeta najbližeg Suncu, napravi revoluciju za 88 dana. Teoretičari koji proučavaju nastanak planeta nisu vidjeli mogućnost formiranja i rasta planeta u tolikoj blizini novorođene zvijezde. Možda je to bila iznimka od pravila, ali ubrzo je otkriveno još nekoliko vrućih Jupitera, kojima su se pridružili drugi čudni planeti: u izduženim i visoko nagnutim orbitama, pa čak i rotirajući suprotno od smjera rotacije matične zvijezde.
Potraga za egzoplanetima ubrzala se nakon lansiranja svemirskog teleskopa Kepler 2009. godine, a 2500 svjetova koje je otkrio pridodali su statistici za proučavanje egzoplaneta - i donijeli su još veću zbrku. Kepler je otkrio da je najčešći tip planeta u galaksiji bio negdje između veličine Zemlje i Neptuna - super-Zemlje, koje nemaju analoga u našem Sunčevom sustavu i smatralo se da su gotovo nemoguće. Moderni zemaljski teleskopi hvataju svjetlost izravno s egzoplaneta, umjesto da detektiraju njihovu prisutnost neizravno, kao što to radi Kepler, a ovi su podaci također neobični. Otkriveni su divovski planeti s masom nekoliko puta većom od Jupiterove, čija je udaljenost do njihovih matičnih zvijezda dvostruko veća od udaljenosti od Neptuna do Sunca - to jest, nalaze se u još jednom području gdje su teoretičari smatrali rođenje velikih planeta nemogućim .
"Od početka je bilo jasno da se opažanja ne uklapaju dobro u teoriju", kaže Bruce McIntosh, fizičar sa Sveučilišta Stanford u Palo Altu, Kalifornija. “Nikada nije postojao trenutak kada je teorija potvrdila zapažanje.”
Teoretičari pokušavaju stvoriti scenarije za "uzgoj" planeta na mjestima koja su se nekoć smatrala zabranjenim. Oni predviđaju da bi se planeti mogli formirati u mnogo pokretljivijim i kaotičnijim okruženjima nego što su ikada prije zamišljali, s novonastalim planetima koji lebde iz kružnih orbita blizu zvijezde prema izduženijim i udaljenijim. Ali sve veći zoološki vrt egzotičnih planeta koje istraživači promatraju znači da je svaki novi model preliminaran. “Svaki dan možete otkriti nešto novo”, kaže astrofizičar Thomas Henning s Instituta za astronomiju. Max Planck u Heidelbergu, Njemačka. "To je kao da otkrivate nova nalazišta tijekom zlatne groznice." 
Tradicionalni model za formiranje zvijezda i njihovih planeta datira iz 18. stoljeća, kada su znanstvenici postavili teoriju da bi se sporo rotirajući oblak prašine i plina mogao urušiti pod vlastitom gravitacijom. Većina materijala tvori kuglu, koja se skuplja, zagrijava i postaje zvijezda kada njezino središte postane dovoljno gusto i vruće da pokrene termonuklearne reakcije. Gravitacija i kutni moment skupljaju preostali materijal oko protozvijezde u ravni disk plina i prašine. Čestice materijala, kada se kreću po ovom disku, sudaraju se i "lijepe" elektromagnetskim silama. Tijekom nekoliko milijuna godina, čestice rastu u zrnca, kamenčiće, gromade i na kraju kilometrima duge planetezimale.
U tom trenutku gravitacija preuzima vlast, dolazi do sudara planetezimala i prostor se potpuno čisti od prašine, što rezultira formiranjem nekoliko punopravnih planeta. Dok se to dogodi u unutarnjem dijelu diska, zvijezda je većinu plina iz njega ili apsorbirala ili otpuhala njezin zvjezdani vjetar. Nedostatak plina znači da unutarnji planeti ostaju uglavnom stjenoviti, s tankom atmosferom.
Ovaj proces rasta, poznat kao akrecija jezgre, odvija se brže u vanjskim dijelovima diska, gdje su temperature dovoljno niske da zamrznu vodu. Led u ovom slučaju nadopunjuje prašinu, što omogućuje bržu konsolidaciju protoplaneta. Kao rezultat, pojavljuje se čvrsta jezgra pet do deset puta teža od Zemlje - vrlo brzo, dok vanjska regija protoplanetarnog diska ostaje bogata plinom. Pod utjecajem gravitacije jezgra "vuče" plin iz diska prema sebi stvarajući plinovitog diva kakav je Jupiter. Inače, jedan od ciljeva svemirske letjelice Juno, koja je ranije ovog mjeseca poletjela prema Jupiteru, jest utvrditi ima li planet doista masivnu jezgru.
Ovaj scenarij stvara planetarni sustav sličan našem: mali, stjenoviti planeti s tankom atmosferom blizu zvijezde; nalazi se plinoviti div poput Jupitera neposredno izvan snježne granice (gdje je temperatura dovoljno niska da se voda smrzne), a drugi se divovi postupno pojavljuju na većim udaljenostima i manji su jer se kreću sporije u svojim orbitama i treba im više vremena za prikupljanje materijala iz protoplanetarnog diska. Svi planeti ostaju približno tamo gdje su se formirali i kreću se kružnim orbitama u istoj ravnini. Lijepo i uredno.
Ali otkriće vrućih Jupitera sugeriralo je da je nešto ozbiljno nedosljedno s teorijom. Planet čija orbita traje samo nekoliko dana nalazi se na vrlo maloj udaljenosti od svoje zvijezde, što ograničava količinu materijala od kojeg se može formirati. Činilo se neshvatljivim da se plinoviti div može formirati na takvom mjestu. A neizbježan zaključak je da se takav planet morao formirati znatno dalje od svoje zvijezde.
Teoretičari su došli do dva moguća mehanizma za miješanje planetarnog špila. Prvi, poznat kao migracija, zahtijeva da puno materijala ostane na disku nakon formiranja divovskog planeta. Gravitacija planeta iskrivljuje disk, stvarajući područja veće gustoće, koja zauzvrat vrše gravitacijsku silu na planet, uzrokujući njegovo postupno pomicanje u disk prema zvijezdi.
Postoje dokazi koji podupiru ovu ideju. Susjedni planeti često se nađu u stabilnom gravitacijskom "svežu" poznatom kao orbitalna rezonancija - to jest, duljine njihovih orbita povezane su kao mali cijeli brojevi. Na primjer, kada se Pluton dva puta okrene oko Sunca, Neptun će imati vremena da se okrene točno tri puta. Malo je vjerojatno da se to dogodilo slučajno, pa se najvjerojatnije dogodilo tijekom migracije, čime su planeti dobili dodatnu gravitacijsku stabilnost. Migracije u ranoj povijesti našeg solarnog sustava mogle bi objasniti druge neobičnosti, uključujući malu veličinu Marsa i asteroidni pojas. Kako bi ih objasnili, teoretičari su došli do hipoteze o "velikom otklonu", u kojoj se Jupiter u početku formirao bliže Suncu, zatim je odlutao prema unutra gotovo do Zemljine orbite, skupljajući materijal i tako ga "oduzimajući" Marsu, a nakon formiranja Saturna pod utjecajem gravitacije i tlaka plin se vratio u unutarnje područje diska, usput "vozeći" ostatke prašine i planetezimala u asteroidni pojas.
Neki modelari vjeruju da su takvi scenariji nepotrebno složeni. “Stvarno vjerujem u Occamovu britvu (“Ono što se može zaključiti iz manje [pretpostavki] ne bi trebalo biti izvedeno iz više.” - cca. prijevod),” kaže Greg Laughlin, astronom sa Kalifornijskog sveučilišta u Santa Cruzu. Laughlin tvrdi da su se planeti najvjerojatnije formirali na istom mjestu gdje ih sada vidimo. On kaže da bi se veliki planeti mogli formirati blizu svoje zvijezde ako protoplanetarni diskovi sadrže puno više materijala nego što se dosad mislilo. Nešto planetarnog gibanja još uvijek se može dogoditi - dovoljno za objašnjenje rezonancija, na primjer - ali "ovo je konačno fino podešavanje, a ne glavni cjevovod", 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 drugi još bliže. "Nisu se mogle formirati na pravom mjestu", odlučno tvrdi fizičar Joshua Wynne s Instituta za tehnologiju u Massachusettsu. Čini se da značajan dio egzoplaneta koji su u duguljastim, nagnutim ili čak obrnutim orbitama također impliciraju neku vrstu miješanja planetarnog sustava.
Kako bi objasnili te neobičnosti, teoretičari se pozivaju na "mlavo oružje" gravitacije, a ne na sedativnu migraciju. Protoplanetarni disk bogat materijalom mogao bi stvoriti mnogo planeta blizu jedan drugome, gdje bi utjecaj gravitacije mogao učiniti da neki od njih orbitiraju blizu zvijezde, nagnu ih, pa čak i potpuno izbaciti planet iz sustava. Drugi potencijalni razarač je zvijezda pratilac u duguljastoj orbiti. Većinu vremena je predaleko da bi imao značajniji utjecaj na planetarni sustav, ali blizu njega mogao bi značajno "promiješati" orbite planeta. Ili, ako je matična zvijezda član blisko povezanog zvjezdanog skupa, susjedna zvijezda može doći dovoljno blizu da pomiješa orbite ili čak ugrabi jedan ili više planeta za sebe. "Postoji mnogo načina da se razbije planetarni sustav", kaže Wynn.
Istraživači koji su proučavali planete koje je pronašao Kepler došli su do neočekivanog zaključka - pokazalo se da se 60% super-Zemlji koje kruže oko zvijezda sličnih Suncu značajno razlikuju od onoga što promatramo u Sunčevom sustavu i zahtijevaju ponovno promišljanje postojećih teorija. Većina super-Zemlji, sastavljenih uglavnom od čvrste tvari s malim količinama plina, prati orbite bliže svojim zvijezdama od Zemlje, a zvijezde ih često imaju nekoliko odjednom. Na primjer, sustav Kepler-80 ima četiri super-Zemlje, sve s orbitama od 9 dana ili manje. Tradicionalna teorija kaže 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 da su nastale odmah tamo gdje ih nalazimo.
Istraživači smišljaju nove načine rješavanja ovog problema. Jedna ideja je ubrzati nakupljanje pomoću procesa poznatog kao nakupljanje kamenčića. Disk bogat plinom ima veliki utjecaj na objekte veličine kamenčića. 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 od zvijezde. Ali ubrzana akrecija i disk bogat plinom stvaraju vlastiti problem: super-Zemlje bi tada trebale steći debele atmosfere nakon što pređu određenu veličinu. "Kako ih spriječiti da postanu plinski divovi?" pita astrofizičar Roman Rafikov s Instituta za napredne studije u Princetonu, New Jersey.
Eugene Chang, astronom sa kalifornijskog sveučilišta Berkeley, kaže da nema potrebe za ubrzavanjem akrecije sve dok je disk zasićen i bogat plinom. Unutarnji disk 10 puta gušći od onog koji je formirao Sunčev sustav mogao bi lako stvoriti jednu ili više super-Zemlji koje bi se pojavile u posljednjim danima protoplanetarnog diska, nakon što se većina plina rasprši, rekao je.
Neka preliminarna opažanja s velikog milimetarskog/submilimetarskog teleskopa ALMA, smještenog u sjevernom Čileu, podupiru ovaj prijedlog. ALMA može prikazati radio emisije prašine i šljunka u protoplanetarnim diskovima, a nekoliko diskova koje je dosad proučavala čini se relativno masivnim. No opažanja još nisu konačna istina jer ALMA još nije u potpunosti operativna i može promatrati samo vanjske dijelove diskova, ne i regije u kojima se nalaze super-Zemlje. "Moći ćemo vidjeti unutrašnjost kada ALMA bude mogla koristiti svih 66 antena", kaže Chang.
Chang također ima objašnjenje za još jedno Keplerovo otkriće: superpuffs, rijetku i jednako problematičnu vrstu planeta koji ima manju masu od super-Zemlje, ali se čini ogromnim zbog bujne atmosfere koja čini 20% njihove mase. Smatra se da se takvi planeti formiraju u disku bogatom plinom. Ali u unutarnjem disku takav volumen vrućeg plina ne mogu zadržati sile slabe gravitacije protoplaneta, pa je hladni i gusti plin vanjskog diska izglednije mjesto za rađanje takvih planeta. Chang pripisuje njihove orbite bliske zvijezdama migraciji—što je tvrdnja potkrijepljena činjenicom da se superpufovi često nalaze zaključani u rezonantnim orbitama.
Do sada je većina pozornosti u istraživanju egzoplaneta bila usmjerena na unutarnje dijelove planetarnih sustava, do udaljenosti otprilike ekvivalentne orbiti Jupitera, iz jednostavnog razloga što sve postojeće metode za otkrivanje egzoplaneta ne dopuštaju njihovo otkrivanje nalaze na daljim udaljenostima od zvijezde. Dvije glavne metode - mjerenje kolebanja zvijezda uzrokovanih gravitacijskim utjecajem planeta i mjerenje periodičnog zatamnjenja diska zvijezde dok planet prolazi kroz njega - omogućuju nam da pronađemo velike planete u bliskim orbitama. Slike samih planeta izuzetno su teške jer je njihovo blijedo svjetlo gotovo zagušeno svjetlom njihovih zvijezda, koje mogu biti milijardu puta svjetlije.
Ali maksimalno iskoristivši najveće svjetske teleskope, astronomi su mogli vidjeti nekoliko planeta. Spektropolarimetrijski sustav visokog kontrasta (SPHERE) i Twin Planet Imager (GPI), dodani velikim teleskopima u Čileu, opremljeni su sofisticiranim maskama zvanim koronagrafi za blokiranje svjetlosti zvijezda. Stoga ne čudi da su planeti udaljeni od svojih zvijezda njihove najlakše mete.
Jedan od najranijih i najupečatljivijih planetarnih sustava otkrivenih izravnim snimanjem je onaj oko zvijezde HR 8799, gdje se četiri planeta nalaze u rasponu od zvijezde na udaljenostima od orbite Saturna do više nego dvostruko veće od orbite Neptuna. Najnevjerojatnije je to što su sva četiri planeta ogromna, više od pet puta veća od Jupitera. Prema teoriji, planeti u tako udaljenim orbitama kreću se toliko sporo da bi trebali rasti puževim korakom i akumulirati mase znatno manje od Jupiterovih do trenutka kada disk plina i prašine nestane. Pa ipak, njihove "dobre" kružne orbite sugeriraju da su se na njima formirale odmah, a nisu migrirale na njih iz regija bliže zvijezdi.
Takvi daleki divovi podupiru najradikalniju teoriju, prema kojoj neki planeti ne nastaju akrecijom, već takozvanom gravitacijskom nestabilnošću. Ovaj proces zahtijeva protoplanetarni disk bogat plinom koji se pod vlastitom gravitacijom raspada u "grudove". Te se nakupine plina s vremenom spajaju i kolabiraju u plinovite planete bez formiranja čvrste jezgre. Modeli sugeriraju da će mehanizam raditi samo pod određenim okolnostima: plin mora biti hladan, ne smije se vrtjeti prebrzo, a komprimirani plin mora moći učinkovito ukloniti toplinu. Može li ova teorija objasniti planete oko HR 8799? Rafikov kaže da su samo dva vanjska planeta dovoljno udaljena i hladna. "To je još uvijek prilično misteriozan sustav", kaže on.
Prerano je govoriti kakva će još iznenađenja GPI i SPHERE donijeti. Ali područje između dalekih područja planetarnih sustava i obližnjih susjedstava zvijezda s vrućim Jupiterima i super-Zemljama ostaje tvrdoglavo izvan dosega: preblizu zvijezde za izravno snimanje, a predaleko za neizravne metode temeljene na kolebanju ili zatamnjenju voditeljske zvijezde. Kao rezultat toga, teoretičarima je teško dobiti potpunu sliku o tome kako egzoplanetarni sustavi izgledaju. "Ovo temeljimo na fragmentiranim i nepotpunim opažanjima", kaže Laughlin. "Trenutno su sve pretpostavke vjerojatno pogrešne."
Astronomi neće morati dugo čekati na nove podatke. NASA će iduće godine lansirati Terrestrial Exoplanet Imaging Satellite (TESS), a očekuje se da će Europska svemirska agencija (ESA) također lansirati Characterizing Exoplanet Satellite (CHEOPS) u isto vrijeme. Za razliku od Keplera, koji je istraživao široku paletu zvijezda jednostavno kako bi identificirao egzoplanete, TESS i CHEOPS usredotočit će se na zvijezde blizu Sunca, omogućujući istraživačima proučavanje migrirajuće terra incognita. cca. prijevod). A budući da su ciljne zvijezde blizu Sunčevog sustava, zemaljski teleskopi trebali bi moći procijeniti masu otkrivenih planeta, omogućujući istraživačima da izračunaju njihovu gustoću i razumiju jesu li čvrsti ili plinoviti.
Teleskop James Webb, koji je lansiran ove godine, moći će ići još dalje, analizirajući svjetlost zvijezda dok 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-Zemlji može ukazivati da je disk bogat takvim elementima neophodan za brzo formiranje planetarnih jezgri. A u sljedećem desetljeću, svemirske letjelice kao što su TESS i CHEOPS pridružit će se lovu na egzoplanete, zajedno s novom generacijom golemih zemaljskih teleskopa sa zrcalima od 30 metara ili više.
Ako su stare teorije donedavno pomogle modelarima da čvrsto stanu na noge, onda se pod pritiskom novih otkrića ta osnova počinje urušavati, a istraživači će se morati znojiti da ostanu na nogama. “Priroda je pametnija od naših teorija”, kaže Rafikov.
Jučer su znanstvenici ESO-a potvrdili otkriće egzoplaneta nalik Zemlji u potencijalno nastanjivoj zoni Proxima Centauri, naše najbliže zvijezde. Iako smo pisali o ovom otkriću, očito se jedan članak ne može riješiti toga: novi planet već stoljeće dijeli od otkrića. Glasine o mogućem otkriću egzoplaneta, koji bi vrlo lako mogao postati druga Zemlja, pojavile su se 12. kolovoza u njemačkom tjedniku Der Spiegel. Citirajući anonimni izvor u zvjezdarnici La Silla, časopis je tvrdio da bi planet "mogao biti sličan Zemlji i kružiti na tolikoj udaljenosti od Proxime Centauri da bi mogao imati tekuću vodu na svojoj površini, što je ključni uvjet za pojavu života."
Sada znamo da su te glasine bile istinite: potvrđeno je da Proxima Centauri, mala crvena patuljasta zvijezda udaljena samo 4,25 svjetlosnih godina, kruži oko planeta. Proxima Centauri je nešto bliža od poznatog para Alpha i Beta Alpha Centauri. Planet se zove Proxima b, a ESO tim procjenjuje njegovu masu na 1,3 mase Zemlje.
Orbita planeta nalazi se gotovo sedam milijuna kilometara od Proxime Centauri, što je 5% udaljenosti između Zemlje i našeg Sunca. Zvijezda je također puno hladnija od našeg Sunca, pa je Proxima b još uvijek u "potencijalno nastanjivoj zoni" egzoplaneta, gdje temperature dopuštaju postojanje vode u tekućem stanju na površini.
Otkako je prvi egzoplanet otkriven 1995. godine, astronomi su identificirali više od 3000 takvih tijela koja kruže oko udaljenih zvijezda. "Živimo u svemiru koji vrvi planetima sličnim Zemlji", kaže Pedro Amado s Instituta de Astrofisica de Andalucia. Zvijezde crveni patuljak poput Proxime Centauri posebno se smatraju prikladnim utočištima za male, stjenovite planete veličine Zemlje.
Prema riječima voditelja projekta i koordinatora Guillema Anglade-Escudéa sa Sveučilišta Queen Mary u Londonu, prve naznake ovog novog planeta pojavile su se 2013. godine, ali nije bilo dovoljno dokaza koji bi potvrdili otkriće. Najnovija promatračka kampanja nazvana je Pale Red Dot (jer je Proxima Centauri crveni patuljak), inspirirana slavnim opisom Zemlje Carla Sagana: blijedoplava točka.
Tim od 31 znanstvenika iz osam zemalja upotrijebio je Dopplerov efekt kako bi otkrio slabu fluktuaciju u spektru svjetlosti Proxime Centauri, koja se približava i udaljava od Zemlje svakih 11,2 dana brzinom od oko 5 km/h. Ovo kolebanje može biti uzrokovano gravitacijskim povlačenjem kometa. Kombinirajući podatke iz kampanje Pale Red Dot s podacima prikupljenim ranije, između 2000. i 2014., astronomi su potvrdili oštar vrh - znatno iznad praga detekcije - u podacima o Dopplerovom pomaku, što ukazuje na egzoplanet veličine Zemlje.
Tehnologija za otkrivanje Proxime b postoji već najmanje desetljeće, pa zašto su astronomi tek sada uspjeli pronaći planet? To je zato što je Proxima Centauri prilično aktivna za zvijezdu, a njezin prirodni sjaj može oponašati signal mogućeg planeta. Tim se morao osloniti na opažanja s dva druga teleskopa kako bi točno shvatio kako se sjaj zvijezde mijenja tijekom vremena i isključio mogućnost lažnog signala. Prema Anglada-Escudéu, šansa da je ovaj signal lažno pozitivan je oko 1 prema 10 milijuna.
Još nije jasno ima li novi egzoplanet atmosferu. Budući da je Proxima Centauri relativno aktivna zvijezda, Proxima b prima 400 puta više rendgenskog zračenja od onoga što imamo na Zemlji, a to može uzrokovati bijeg atmosfere.
Ali Ansgar Reiners sa Sveučilišta Göttingen u Njemačkoj kaže da sve ovisi o tome kako i kada je egzoplanet nastao. Možda se formirao dalje, gdje je bila prisutna voda, a zatim migrirao bliže svojoj zvijezdi, ili se možda izvorno formirao blizu Proxime Centauri. U prvom scenariju, prisutnost atmosfere bit će vjerojatnija.
"Postoje mnogi modeli i simulacije koje daju različite rezultate, uključujući moguću atmosferu i vodu", kaže Reiners. "Još nemamo ni najmanju ideju, ali postojanje atmosfere je definitivno moguće." To bi bio jak argument za moguću prisutnost života na planetu. A relativna blizina našeg Sunčevog sustava omogućuje robotsko istraživanje unutar jedne generacije.
"Životni vijek Proxime je nekoliko trilijuna godina, gotovo tisuću puta duži od preostalog životnog vijeka Sunca", kaže Avi Loeb sa Sveučilišta Harvard, koji vodi savjetovanje. "Potencijalno nastanjivi stjenoviti planet blizu Proxime bit će prvo mjesto na koje naša civilizacija može otići nakon što Sunce umre u pet milijardi godina."
Inicijativa Starshot, o kojoj smo govorili u travnju, program je vrijedan 100 milijuna dolara za istraživanje mogućnosti međuzvjezdanih putovanja. Prva faza uključuje izgradnju laganih samohodnih "nano-vozila" koja se mogu kretati brzinom svjetlosti od 20%. Takva će letjelica stići do Alpha Centauri 20 godina nakon lansiranja. Trenutno znanstvenici na projektu pokušavaju pokazati mogućnost korištenja snažnih laserskih zraka za pomicanje laganog jedra.
Otkriće potencijalno nastanjivog planeta blizu Proxime Centauri predstavlja izvrsnu metu za misiju, rekao je Loeb. Svemirska letjelica opremljena kamerom i raznim filterima moći će snimiti planet u boji i odrediti je li zelen (što znači da ima života), plav (s oceanima na površini) ili samo smeđi (suhi kamen). Želja da saznamo više o planetu - odnosno ima li života na njemu - dat će inicijativi Starshot osjećaj hitnosti prikupljanja činjenica o planetu. Osobito onih do kojih nije moguće doći pomoću trenutne generacije zemaljskih teleskopa na Zemlji.
"Nadamo se da ćemo moći lansirati ove nanosonde unutar jedne generacije", rekao je Peter Worden iz Zaklade Breakthrough Prize Foundation tijekom nedavne konferencije za novinare. - Možda do 2060. Sada znamo da postoji barem jedna zanimljiva meta u dometu našeg predloženog sustava. Moći ćemo slikati i saznati ima li tamo života, možda naprednog. To su velika pitanja, a na njih ćemo dobiti odgovore već u ovom stoljeću.”
Važnost otkrivanja planeta sličnog Zemlji tako blizu Zemlje je da ćemo moći naučiti više o njemu, doslovno ga dodirnuti, vrlo, vrlo brzo. Ovo bi moglo biti otkriće stoljeća, jer ćemo ga već u ovom stoljeću “posjetiti”.
Od 18. stoljeća znanstvenici vjeruju da su život i inteligencija sveprisutni u svemiru, pri čemu nisu naseljeni samo planeti i mjeseci, već čak i zvijezde, uključujući naše Sunce. S vremenom je takav maksimalizam morao biti napušten, ali je ostala nada u nastanjivost Venere i Marsa. Astronomi su čak pronašli "potvrde" postojanja vanzemaljaca: na primjer, "kanali" na Marsu.
U 1960-ima, kada su istraživačka vozila krenula prema planetima, pokazalo se da susjedni svjetovi nisu pogodni za život, a čak i da postoji, ne bi bio u razvijenom obliku. U povijesti čovječanstva započelo je tužno razdoblje "kozmičke usamljenosti": dvadeset godina se dovodilo u pitanje čak i postojanje planeta oko drugih zvijezda.
Fotografija površine Venere koju je prenijela sovjetska sonda Venera 13 (prije nego što se sonda pokvarila zbog visoke temperature). Sretna kolonizacija!
Prvi egzoplanet, čije su postojanje potvrdile dvije neovisne skupine istraživača, otkriven je 1995. godine. Bio je to "vrući Jupiter" u blizini zvijezde 51 Pegasus, koji je nedavno dobio službeni naziv Dimidium. Trenutno je otkriveno 3.518 planeta u 2.635 planetarnih sustava, i oni su vrlo raznoliki. Ipak, i znanstvenici i javnost najveću pozornost posvećuju potrazi za planetima sličnim Zemlji koji se nalaze u “naseljivoj zoni”, jer upravo na njima postoji šansa da se pronađe drugi život.
U potrazi za egzoplanetima koriste se dvije glavne metode. Prvo, mjere kako se kutna brzina zvijezde mijenja pod gravitacijskim utjecajem njenih nevidljivih satelita. Drugo, fluktuacije u njegovoj svjetlini bilježe se kada satelit prolazi u pozadini. Izravne fotografije egzoplaneta mogu se nabrojati na prste jedne ruke, pa se njihove fizičke karakteristike moraju prosuđivati posrednim podacima, što implicira prilično širok raspon mogućnosti.
“Vrući Jupiter” Dimidije, 51 Pegaz, kako ga je zamislio umjetnik
Planeti plinovitih divova imaju najznačajniji utjecaj na kutnu brzinu i sjaj zvijezde, pa su znanstvenici dugo vremena otkrivali samo njih. Zbog toga je čak postojalo mišljenje da su divovi tipična pojava u Svemiru, a svjetovi slični zemlji rijetkost. Na primjer, to je izrazio Stanislav Lem. Iz nekog je razloga veliki poljski pisac znanstvene fantastike zaboravio na instrumentalni odabir koji je određen rezolucijom opreme.
Što su instrumenti postajali napredniji, to su više stjenovitih planeta počeli nalaziti. Najprije su otkrivene super-Zemlje goleme mase, a onda su na red došli planeti nalik Zemlji, koji su tek nešto veći od našeg svijeta. Počela je potraga za Zemljom-2 - planetom koji bi bio blizu našem po masi i bio bi u "naseljivoj zoni", odnosno na takvoj udaljenosti od zvijezde na kojoj bi bilo dovoljno topline za postojanje na površini tekuće vode.
Zašto je to važno? Jer poznajemo samo jedan oblik života - zemaljski, a on ne bi mogao nastati bez tekuće vode, koja služi kao univerzalno otapalo. Sukladno tome, znanstvenici vjeruju da je vjerojatnost da se biosfera pojavi na planetu s vodenim površinama puno veća nego bilo gdje drugdje.
Alpha Centauri sustav: α Centauri A, α Centauri B, Proxima Centauri. Sunce - za usporedbu
Iako se egzoplanete slične Zemlji otkrivaju na raznim mjestima, svjetovi koji su nam najbliži su, naravno, od posebnog interesa. Oni bi u budućnosti mogli postati glavni cilj astronautike. U listopadu 2012. godine objavljeno je otkriće egzoplaneta oko Alpha Centauri B. Ova zvijezda je druga komponenta sustava od tri zvijezde, koji se nalazi na udaljenosti od 4,3 svjetlosne godine.
Otkriće je izazvalo veliku buku, no 2015. godine, nakon analize prikupljenih podataka, astronomi su ga "poništili". Stoga se proučavanju treće komponente – Alpha Centauri C, poznatije kao Proxima (Nearest) – pristupilo s krajnjim oprezom.
Zvijezda, udaljena 4,22 svjetlosne godine, ali nije vidljiva golim okom, otkrivena je relativno nedavno. Godine 1915. primijetio ju je i opisao škotski astronom Robert Innes; Trebale su još dvije godine da se izmjeri udaljenost do njega.
Alpha Centauri C (aka Proxima), naša najbliža zvijezda
Proxima je crveni patuljak i povremeno bljesne: njegov se sjaj može šesterostruko povećati odjednom! Studije su pokazale da je emisija rendgenskih zraka Proxime usporediva sa sunčevom, a tijekom jakih baklji, koje se događaju osam puta godišnje, može se povećati za tri do četiri reda veličine. Sve to čini problematičnim postojanje nastanjivih planeta u neposrednoj blizini Proxime, no pisci znanstvene fantastike oduvijek su vjerovali da oni tamo postoje.
Na primjer, Proxima je opisana kao meta "generacijskih brodova" u romanima Stepsons of the Universe (1963.) Roberta Heinleina i The Captive Universe (1969.) Harryja Garrisona. U priči Murraya Leinstera "Proxima Centauri" (1935.), jedan od dva planeta u sustavu Proxima nastanjen je biljkama mesožderkama koje se ne libe gostiti Zemljinim astronautima. U "Magellanovom oblaku" Stanislawa Lema (1955.), Zemljani ondje pronalaze dva stjenovita planeta i drevni mrtvi zvjezdani brod Atlantide. U romanu Vladimira Savchenka "Beyond the Pass" (1984.), Proxima ima pustinjske planete na kojima se razvio inteligentni kristalni život. U romanu Vladimira Mikhanovskog “Koraci u beskraju” (1973.) postoji samo jedan planet u blizini Proxime, Ruton, koji nema biosferu, ali je bogat mineralima.
Znanstvenici su, poput pisaca znanstvene fantastike, bili zainteresirani za pronalazak planeta oko najbliže zvijezde. Godine 1998. orbitalni teleskop Hubble otkrio je sumnjivi objekt na udaljenosti od 0,5 AJ. iz Proxime, ali pažljivija promatranja nisu potvrdila otkriće. Daljnja istraživanja isključila su mogućnost postojanja smeđih patuljaka i plinovitih divova u njezinim orbitama, a zatim i super-Zemlje.
Godine 2013., astronom Mikko Tuomi, proučavajući dugoročna promatranja Proxime, primijetio je ponavljajuću anomaliju i sugerirao da ona ukazuje na prisutnost malog, stjenovitog egzoplaneta u orbiti vrlo blizu zvijezde. Kako bi provjerili, stručnjaci iz Europskog južnog opservatorija, koji se nalazi u Čileu, pokrenuli su projekt Red Dot u siječnju 2016., a 24. kolovoza službeno je objavljeno otkriće svijeta, zasad uvjetno nazvanog Proxima Centauri b.
Pokazalo se da je egzoplanet relativno malen: njegova masa procjenjuje se na 1,27 Zemljine. Rotira toliko blizu svoje zvijezde (0,05 AJ) da je godina na njemu nešto više od 11 zemaljskih dana, međutim, zbog slabog sjaja Proxime, tamošnji uvjeti su prilično pogodni za nastanak i razvoj života: Vjeruje se da za tu svrhu novi planet bolje odgovara od Marsa.
Proxima b (kako je prikazuje umjetnik) u usporedbi sa Zemljom
Međutim, ima i problema. Zbog blizine svojoj zvijezdi, rotacija egzoplaneta oko vlastite osi mora biti sinkronizirana s njegovom rotacijom oko Proxime, odnosno uvijek je jednom stranom okrenut prema zvijezdi. Na ovoj hemisferi bi trebalo biti vrlo vruće, na drugoj vrlo hladno. Astrobiolozi kažu da bi se u ovom slučaju hipotetske vodene površine i oblici života trebali nalaziti u prijelaznoj zoni između hemisfera. Istodobno, klimatski parametri mogu varirati prilično široko: ovise o gustoći i sastavu atmosfere, kao io tome koje su rezerve vode bile na planetu nakon njegovog formiranja.
Drugi problem je zračenje Proxime, jer otkriveni planet, čak iu "mirnim" vremenima, prima 30 puta više ultraljubičastog zračenja nego Zemlja od Sunca, i 250 puta više x-zraka. A ako se sjetimo i povremenih izbijanja i superbaklji, tada situacija za lokalne oblike života postaje potpuno nepovoljna. Ipak, astrobiolozi vjeruju da se biosfera može prilagoditi tako teškim uvjetima: lokalna stvorenja mogu se sakriti u špiljama ili pod vodom od smrtonosnih zraka.
Osim toga, na Zemlji postoje oblici života (na primjer, koraljni polipi) koji su naučili reemitirati energiju Sunca putem biofluorescencije. Ako su i stanovnici nekog egzoplaneta ovladali ovom tehnikom, onda ih je moguće detektirati zračenjem na određenim valnim duljinama, što će znanstvenici učiniti u budućnosti.
Alien Worlds: Aurelia (2005) govori o tome kako bi život mogao izgledati na egzoplanetu poput Proxima Centauri b.
Još jedno otkriće, objavljeno 27. kolovoza, učinjeno je na ruskom radioteleskopu RATAN-600 koji se nalazi u Karachay-Cherkessia. Znanstvenici koji su radili na njemu uhvatili su snažan točkasti signal koji je dolazio sa zvijezde nalik suncu HD 164595 - nalazi se u zviježđu Herkul na udaljenosti od 94,4 svjetlosne godine od nas. Inače, godinu dana ranije ondje je otkriven golemi planet šesnaest puta veće mase od Zemljine. Ponavljanje signala još nije detektirano, pa astronomi izbjegavaju govoriti o njegovom vjerojatnom umjetnom podrijetlu.
Osim toga, izračuni pokazuju da bi generiranje takvog signala, ako bi bio usmjeren izravno na Zemlju, zahtijevalo kolosalnu energiju od 50 trilijuna vata. To je više od sve energije koju naša današnja civilizacija proizvodi, pa se čini da je najvjerojatnija verzija slučajno presretanje radijskog zračenja iz nekog prirodnog izvora. Zapravo, priča se ponavlja sa signalom “Wow!” koji je primljen 1977. godine i čija misterija još nije riješena.
Teleskop RATAN-600
Znanost je možda blizu otkrića vanzemaljskog života. Imamo li doista priliku za prvi kontakt? Ili će se naše nade opet, kao prije pola stoljeća, pretvoriti u razočarenje?..
Znanost
Znanstvenici su otkrili misteriozni planet izvan našeg sunčevog sustava, koja je veličinom i sastavom najsličnija Zemlji, ali na njoj prevruć za održavanje života.
Egzoplanet je dobio ime Kepler-78b. Njegova orbita zbunila je astronome - 20% je šira, a masa joj je 80% veća od Zemljine, unatoč činjenici da gustoća mu je jednaka gustoći našeg planeta.
Egzoplanet se nalazi na udaljenosti od otprilike 1,5 milijuna kilometara od zvijezde. Kepler-78b obiđe svoju zvijezdu za oko 8,5 sati. Temperatura na planeti je otprilike 2000 stupnjeva Celzijusa, prema znanstvenicima.
Otkriće je spomenuto u dvije studije čiji su rezultati pak objavljeni u časopisu Nature.
Zahvaljujući teleskop Kepler Astronomi su saznali za tisuće egzoplaneta u našoj galaksiji, od kojih su mnogi iste veličine kao naš planet. Ti planeti kruže oko zvijezda poput našeg Sunca.
Unatoč činjenici da je veličinu egzoplaneta lako izmjeriti, Pokazalo se da je prilično teško saznati njegovu masu. Masa je važan parametar jer vam omogućuje da saznate gustoću planeta, a time i saznate od čega se ovaj planet sastoji.
Zemaljski egzoplanete
Kepler-78b vrlo je zanimljiv jer najmanji egzoplanet, iz kojeg su znanstvenici s velikom točnošću mogli odrediti radijus i masu.
Prema astronomskim standardima, ovaj se planet može nazvati virtualnim blizancem Zemlje.
Znanstvenici saznaju veličinu egzoplaneta, kao i njegovo orbitalno vrijeme oko svoje zvijezde, mjerenjem količine svjetlosti koju planet blokira dok prolazi ispred zvijezde.
Nakon što su znanstvenici mjerili sjaj planeta Kepler-78b 4 godine u intervalima od 30 minuta, znanstvenici su otkrili da je sjaj zvijezde opadao za 0,02% svakih 8,5 sati dok je planet prolazio ispred svoje zvijezde.
Tajni planet
Planet Kepler-78b otkriven je u rujnu 2013. dok je kružio oko zvijezde slične našem Suncu u zviježđu Labuda, približno na udaljenosti 400 svjetlosnih godina od Zemlje.
Od svog lansiranja (ožujak 2009.) svemirski teleskop Kepler uspio je detektirati gotovo 3600 potencijalnih egzoplaneta.
Dva tima znanstvenika proučavala su masu i gustoću novog planeta. Tim Andrewa Howarda iz Sveučilište na Havajima, izračunao je da je masa planeta Kepler-78b 1,69 puta veća od mase Zemlje, dok su podaci tima Francesca Pepea iz Sveučilište u Ženevi, pokazalo je da egzoplanet ima 1,86 puta veću masu.
Gustoća koju je prvi tim izračunao bila je 5,57 grama po kubnom centimetru, dok je drugi tim došao do gustoće od 5,3 grama po kubnom centimetru.
Budući da svaka momčad priznaje određene pogreške, to se slobodno može reći znanstvenici su u pravu u svojim proračunima. Vrijedno je napomenuti da je gustoća Zemlje 5,5 grama po kubnom centimetru. To znači da bi novi egzoplanet mogao imati isti sastav kao Zemlja.
Novi planet
Novi planet kruži oko svog sunca, postupno mu se približava i, približno za 3 milijarde godina dani će joj biti odbrojani- kolosalna gravitacija zvijezde će je raskomadati.
Prema astronomskim standardima, planet će vrlo brzo postati dio zvijezde. To neće biti moguće na Kepleru-78b pronaći vanzemaljski život, zbog previsoke temperature na njegovoj površini.
Pa ipak, masa i gustoća novog planeta, slične onima na Zemlji, dopuštaju nam da se nadamo da negdje postoji planet blizanac naše Zemlje koji ima slične veličine, sastav i temperaturu na svojoj površini.
Prema Drakeu Demingu iz Sveučilište Maryland, postojanje Keplera-78b dokazuje da, izvan našeg sunčevog sustava, planeti slični po sastavu Zemlji nisu neuobičajeni.
Deming nagovještava novi NASA-in program tzv TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite). To će biti svemirski teleskop koji trenutno razvija Massachusetts Institute of Technology. Tijekom dvije godine, njegova će misija biti pronaći i proučavanje nepoznatih tranzitnih egzoplaneta, kružeći oko svijetlih zvijezda.
* Masa Sunca jednaka je 99,86% mase našeg cijelog Sunčevog sustava. Sve ostalo, uključujući planete i asteroide, iznosi samo 0,14%.
* Jupiter se može pohvaliti tako snažnim magnetskim poljem da svaki dan pridonosi milijardama vata Zemljinom magnetskom polju.
* Jedan dan na Veneri traje 243 zemaljska dana, iako godina traje samo 225.
* Mars se može pohvaliti najvećim vulkanom u našem Sunčevom sustavu. Zove se "Olimp" i prostire se na više od 600 km, s visinom od 27 km. Vrijedno je napomenuti da se vrh Mount Everesta nalazi na nadmorskoj visini od 8,5 km.
* Naš planet nema stalnu težinu. Prema znanstvenicima, svake godine Zemlja postaje teža za 40.000 -160.000 tona, ali uspije izgubiti oko 96.600 tona, što znači gubitak od približno 56.440 tona.
Možemo izgubiti brojanje koliko smo puta čuli frazu da su "znanstvenici pronašli prvi egzoplanet doista sličan Zemlji". Astronomi su do danas uspjeli utvrditi prisutnost više od 2000 različitih egzoplaneta, pa ne čudi da među njima ima i onih koji su u određenoj mjeri slični Zemlji. Međutim, koliko bi od ovih egzoplaneta sličnih Zemlji moglo biti nastanjivo?
Slične su izjave jednom dane u vezi s Tau Ceti e i Keplerom 186f, koji su također kršteni kao Zemljini blizanci. Međutim, ovi egzoplanete se ne ističu ničim značajnim i uopće nisu slični Zemlji, kao što bismo željeli.
Jedan od načina da se odredi koliko bi neki planet mogao biti nastanjiv je kroz nešto što se zove Indeks sličnosti Zemlje (ESI). Ovaj se pokazatelj izračunava na temelju podataka o radijusu egzoplaneta, njegovoj gustoći, površinskoj temperaturi te podataka o paraboličnoj brzini – minimalnoj brzini koju je potrebno dati objektu kako bi svladao gravitacijsko privlačenje određenog nebeskog tijela. Indeks sličnosti sa Zemljom kreće se od 0 do 1, a svaki planet s indeksom većim od 0,8 može se smatrati "sličnim Zemlji". U našem Sunčevom sustavu, na primjer, Mars ima ESI od 0,64 (isto kao egzoplanet Kepler 186f), dok Venera ima ESI od 0,78 (isto kao Tau Ceti e).
U nastavku ćemo pogledati pet planeta koji najbolje odgovaraju opisu "zemaljskog blizanca" na temelju njihovih ESI rezultata.
Egzoplanet Kepler 438b ima najviši ESI indeks među svim trenutno poznatim egzoplanetima. To je 0,88. Otkriven 2015. godine, planet kruži oko zvijezde crvenog patuljka (mnogo manjeg i hladnijeg od našeg Sunca) i ima radijus samo 12 posto veći od Zemljinog. Sama zvijezda nalazi se otprilike 470 svjetlosnih godina od Zemlje. Planet završi punu rotaciju za 35 dana. Nalazi se u naseljivoj zoni - prostoru unutar svog sustava gdje nije prevruće, a u isto vrijeme ni prehladno da bi se podržala prisutnost tekuće vode na površini planeta.
Kao i kod drugih otkrivenih egzoplaneta koji kruže oko malih zvijezda, masa ovog egzoplaneta nije proučavana. Međutim, ako ovaj planet ima stjenovitu površinu, tada njegova masa može biti samo 1,4 puta veća od Zemljine, a temperatura na površini varira od 0 do 60 stupnjeva Celzijusa. Bilo kako bilo, ESI indeks nije ultimativna metoda za određivanje nastanjivosti planeta. Znanstvenici su nedavno obavili promatranja i otkrili da matična zvijezda planeta, Kepler 438b, redovito doživljava vrlo snažne emisije zračenja, što bi u konačnici moglo ovaj planet učiniti potpuno nenastanjivim.
ESI indeks planeta Gliese 667Cc je 0,85. Planet je otkriven 2011. Kruži oko crvenog patuljka Gliese 667 u trostrukom zvjezdanom sustavu koji se nalazi "samo" 24 svjetlosne godine od Zemlje. Egzoplanet je otkriven zahvaljujući mjerenjima radijalne brzine, kao rezultat čega su znanstvenici otkrili da se u kretanju zvijezde javljaju neke fluktuacije uzrokovane gravitacijskim utjecajem planeta koji se nalazi blizu nje.
Približna masa egzoplaneta je 3,8 puta veća od mase Zemlje, ali znanstvenici nemaju pojma koliki je Gliese 667Cc. To se ne može utvrditi jer planet ne prolazi ispred zvijezde, što bi omogućilo izračunavanje njegovog radijusa. Orbitalni period Gliese 667Cc je 28 dana. Nalazi se u nastanjivoj zoni svoje hladne zvijezde, što zauzvrat omogućuje znanstvenicima da pretpostave da je temperatura na njegovoj površini oko 5 stupnjeva Celzijusa.
Kepler 442b
Planet Kepler 442b, s polumjerom 1,3 puta većim od Zemljinog i ESI-jem od 0,84, otkriven je 2015. godine. Kruži oko zvijezde koja je hladnija od Sunca i udaljena je oko 1100 svjetlosnih godina. Njegov orbitalni period je 112 dana, što sugerira da se nalazi u nastanjivoj zoni svoje zvijezde. Međutim, temperature na površini planeta mogu pasti i do -40 Celzijevih stupnjeva. Za usporedbu, temperatura na polovima Marsa zimi može pasti do -125 stupnjeva. Opet, masa ovog egzoplaneta nije poznata. Ali ako ima stjenovitu površinu, tada njegova masa može biti 2,3 puta veća od mase Zemlje.
Dva planeta s ESI indeksom od 0,83 odnosno 0,67 otkrio je svemirski teleskop Kepler 2013. kada su prošli nasuprot svoje zvijezde domaćina. Sama zvijezda nalazi se oko 1200 svjetlosnih godina od nas i nešto je hladnija od Sunca. S radijusima planeta 1,6 puta i 1,4 puta većim od Zemljinog, njihovi orbitalni periodi su 122 odnosno 267 dana, što sugerira da su obje u nastanjivoj zoni.
Poput većine drugih planeta koje je otkrio teleskop Kepler, masa ovih egzoplaneta ostaje nepoznata, ali znanstvenici procjenjuju da je u oba slučaja oko 30 puta veća od Zemljine. Temperatura svakog od planeta može podržati prisutnost vode u tekućem obliku. Istina, sve će ovisiti o sastavu atmosfere koju imaju.
Kepler 452b, s ESI od 0,84, otkriven je 2015. i bio je prvi potencijalni planet sličan Zemlji pronađen u naseljivoj zoni koji kruži oko zvijezde slične našem Suncu. Radijus planeta je otprilike 1,6 puta veći od polumjera Zemlje. Planet dovršava puni krug oko svoje matične zvijezde, koja se nalazi otprilike 1400 svjetlosnih godina od nas, za 385 dana. Budući da je zvijezda predaleko i njezina svjetlost nije jako jaka, znanstvenici ne mogu izmjeriti gravitacijski utjecaj Keplera 452b i, kao rezultat toga, izračunati masu planeta. Postoji samo pretpostavka prema kojoj je masa egzoplaneta otprilike 5 puta veća od mase Zemlje. Istodobno, temperatura na njegovoj površini, prema grubim procjenama, može varirati od -20 do +10 stupnjeva Celzijusa.
Iz svega ovoga slijedi da čak i planeti najsličniji Zemlji, ovisno o aktivnosti njihovih zvijezda domaćina, koje se mogu jako razlikovati od Sunca, možda neće moći podržati život. Ostali planeti pak imaju izrazito različite veličine i površinske temperature od Zemljinih. Međutim, s obzirom na povećanu aktivnost posljednjih godina u potrazi za novim egzoplanetima, ne možemo isključiti mogućnost da ćemo među pronađenima ipak naići na planet s masom, veličinom, orbitom sličnom Zemlji i zvijezdu sličnu Suncu oko koje se orbite.
Bilješke o kamenju. Lev Shlosberg. Bilješke o kamenju Glavna djela Vsevoloda Petroviča Smirnova
Kada je najavljena ruska kavkaska vježba?
Događaji rusko-japanskog rata u početnom razdoblju