Bagaimana mereka mencari planet di zon yang dapat dihuni, syarat apa yang diperlukan untuk pembentukan kehidupan dan apa yang menarik mengenai penemuan exoplanet Proxima b
Zon yang dapat dihuni, yang dalam bahasa Inggeris disebut zon yang dapat dihuni, adalah kawasan di ruang angkasa dengan keadaan yang paling baik untuk kehidupan jenis terestrial. Istilah habitat bermaksud hampir semua syarat hidup dipenuhi, kita tidak melihatnya. Kesesuaian untuk hidup ditentukan oleh faktor-faktor berikut: kehadiran air dalam bentuk cair, atmosfer yang cukup padat, kepelbagaian kimia (molekul sederhana dan kompleks berdasarkan H, C, N, O, S, dan P) dan kehadiran bintang yang membawa jumlah tenaga yang diperlukan.
Sejarah kajian: planet bumi
Dari sudut pandang astrofizik, terdapat beberapa rangsangan untuk munculnya konsep zon yang dapat dihuni. Pertimbangkan sistem suria kita dan empat planet terestrial: Mercury, Venus, Earth dan Mars. Merkuri tidak mempunyai suasana, dan terlalu dekat dengan Matahari, oleh itu, tidak begitu menarik bagi kita. Ini adalah planet dengan nasib yang menyedihkan, kerana walaupun memiliki atmosfer, ia akan terbawa oleh angin suria, yaitu, aliran plasma yang terus-menerus mengalir dari korona bintang.
Pertimbangkan planet daratan yang lain di sistem suria - ini adalah Venus, Earth dan Mars. Mereka muncul secara praktikal di tempat yang sama dan dalam keadaan yang sama ~ 4.5 bilion tahun yang lalu. Oleh itu, dari sudut pandang astrofizik, evolusi mereka semestinya serupa. Sekarang, pada awal zaman angkasa, ketika kita telah maju dalam mempelajari planet-planet ini menggunakan kapal angkasa, hasil yang diperoleh menunjukkan keadaan yang sangat berbeza pada planet-planet ini. Kita sekarang tahu bahawa Venus mempunyai tekanan yang sangat tinggi dan sangat panas di permukaan, 460-480 ° C - ini adalah suhu di mana banyak bahan bahkan mencair. Dan dari gambar panorama pertama permukaan, kami melihat bahawa ia benar-benar mati dan praktikalnya tidak disesuaikan dengan kehidupan. Seluruh permukaan adalah satu benua.
Planet terestrial - Mercury, Venus, Earth, Mars
Video promosi:
commons.wikimedia.org
Sebaliknya, Marikh. Ia adalah dunia yang sejuk. Marikh telah kehilangan suasananya. Ini sekali lagi merupakan permukaan padang pasir, walaupun terdapat gunung dan gunung berapi. Suasana karbon dioksida sangat nipis; jika air ada di sana, maka semua itu beku. Mars mempunyai topi kutub, dan hasil terbaru dari misi ke Mars menunjukkan bahawa ais ada di bawah penutup berpasir - regolith.
Dan Bumi. Suhu yang sangat baik, air tidak membeku (sekurang-kurangnya tidak di mana-mana). Dan di Bumi inilah kehidupan yang timbul - kehidupan primitif dan multiselular, cerdas. Nampaknya kita melihat sebahagian kecil dari sistem suria, di mana tiga planet, yang disebut planet terestrial, terbentuk, tetapi evolusi mereka sama sekali berbeza. Dan pada idea pertama ini mengenai kemungkinan jalan evolusi planet itu sendiri, muncul idea mengenai zon yang dapat dihuni.
Sempadan zon yang boleh didiami
Ahli astrofizik mengamati dan mengkaji dunia di sekitar kita, ruang luar yang mengelilingi kita, iaitu sistem suria dan sistem planet kita di bintang lain. Dan untuk entah bagaimana sistematisasi, tempat mencari, objek apa yang menarik, anda perlu memahami cara menentukan zon yang boleh dihuni. Kami selalu percaya bahawa bintang-bintang lain semestinya mempunyai planet, tetapi kekuatan instrumental membolehkan kami menemui eksoplanet pertama - planet yang terletak di luar sistem suria - 20 tahun yang lalu.
Bagaimana batas dalaman dan luaran zon yang dapat dihuni ditentukan? Dipercayai bahawa dalam sistem suria kita, zon yang dapat dihuni terletak pada jarak 0,95 hingga 1,37 unit astronomi dari Matahari. Kita tahu bahawa Bumi adalah 1 unit astronomi (AU) dari Matahari, Venus adalah 0,7 AU. e., Marikh - 1.5 a. Maksudnya, jika kita mengetahui kecerahan bintang, maka sangat mudah untuk mengira pusat zon yang boleh dihuni - anda hanya perlu mengambil punca kuasa dua nisbah cahaya bintang ini dan merujuk kepada cahaya cahaya Matahari, iaitu:
Rae = (Lstar / Lsun) 1/2.
Di sini Rae adalah radius rata-rata zon yang dapat dihuni dalam unit astronomi, dan Lstar dan Lsun masing-masing adalah cahaya bolometrik bintang dan Matahari yang dicari. Batasan zon yang dapat dihuni ditentukan berdasarkan keperluan untuk kehadiran air cair di planet-planet yang terletak di dalamnya, kerana ia adalah pelarut yang diperlukan dalam banyak reaksi biomekanik. Di luar sempadan luar zon yang dapat dihuni, planet ini tidak menerima sinaran matahari yang mencukupi untuk mengimbangi kehilangan radiasi, dan suhunya akan turun di bawah titik beku air. Planet yang terletak lebih dekat dengan bintang daripada batas dalam zon yang dapat dihuni akan dipanaskan secara berlebihan oleh sinarannya, akibatnya air akan menguap.
Lebih ketat lagi, batasan dalaman ditentukan oleh jarak planet dari bintang dan oleh komposisi atmosferanya, dan khususnya dengan adanya gas rumah hijau yang disebut: wap air, karbon dioksida, metana, ammonia dan lain-lain. Seperti yang anda ketahui, gas rumah hijau menyebabkan pemanasan atmosfer, yang sekiranya berlaku kesan rumah hijau yang meningkat secara bencana (misalnya, Venus awal) menyebabkan penyejatan air dari permukaan planet dan kehilangan dari atmosfera.
Sempadan luaran sudah menjadi masalah lain. Ia boleh menjadi lebih jauh apabila ada sedikit tenaga dari Matahari dan kehadiran gas rumah hijau di atmosfer Mars tidak cukup untuk kesan rumah hijau untuk mewujudkan iklim yang ringan. Sebaik sahaja jumlah tenaga menjadi tidak mencukupi, gas rumah hijau (wap air, metana, dan lain-lain) dari atmosfer mengembun, jatuh seperti hujan atau salji, dan seterusnya. Dan gas rumah hijau sebenarnya telah terkumpul di bawah penutup kutub di Marikh.
Sangat penting untuk mengatakan satu perkataan mengenai zon yang dapat dihuni untuk bintang di luar sistem suria kita: potensi adalah zon kebiasaan yang berpotensi, iaitu, syarat-syarat dipenuhi di dalamnya yang perlu, tetapi tidak mencukupi untuk pembentukan kehidupan. Di sini kita perlu membicarakan daya maju planet ini, apabila sejumlah fenomena dan proses geofizik dan biokimia berlaku, seperti medan magnet planet, tektonik plat, tempoh hari planet, dan sebagainya. Fenomena dan proses yang disenaraikan kini sedang dikaji secara aktif ke arah penyelidikan astronomi baru - astrobiologi.
Cari planet di zon yang boleh dihuni
Ahli astrofizik hanya mencari planet dan kemudian menentukan sama ada mereka berada di zon yang boleh dihuni. Dari pemerhatian astronomi, anda dapat melihat di mana planet ini berada, di mana orbitnya berada. Sekiranya berada di zon yang dapat dihuni, maka segera minat terhadap planet ini meningkat. Seterusnya, anda perlu mengkaji planet ini dalam aspek lain: atmosfera, kepelbagaian kimia, kehadiran air dan sumber haba. Ini sedikit sebanyak membawa kita ke luar kurungan konsep "potensi". Tetapi masalah utama adalah bahawa semua bintang ini sangat jauh.
Satu perkara untuk melihat planet berhampiran bintang seperti Matahari. Terdapat sebilangan exoplanet yang serupa dengan Bumi kita - yang disebut sub-dan super-Bumi, iaitu planet dengan radius mendekati atau sedikit melebihi radius Bumi. Ahli astrofizik mengkaji mereka dengan mengkaji atmosfer, kita tidak melihat permukaan - hanya dalam kes terpencil, yang disebut pencitraan langsung, ketika kita hanya melihat titik yang sangat jauh. Oleh itu, kita mesti mengkaji sama ada planet ini mempunyai atmosfera, dan jika demikian, apakah komposisinya, gas apa yang ada, dan sebagainya.
Exoplanet (titik merah di sebelah kiri) dan kerdil coklat 2M1207b (tengah). Gambar pertama diambil menggunakan teknologi pengimejan langsung pada tahun 2004
ESO / VLT
Dalam pengertian yang luas, pencarian kehidupan di luar sistem suria, dan di sistem suria, adalah pencarian yang disebut biomarker. Biomarker dipercayai sebatian kimia yang berasal dari biologi. Kita tahu bahawa biomarker utama di Bumi, misalnya, adalah kehadiran oksigen di atmosfera. Kita tahu bahawa terdapat sedikit oksigen di Bumi awal. Kehidupan yang paling sederhana dan primitif muncul lebih awal, kehidupan multiselular agak lewat, apatah lagi cerdas. Tetapi kemudian, kerana fotosintesis, oksigen mula terbentuk, suasana berubah. Dan ini adalah salah satu kemungkinan biomarker. Sekarang dari teori lain kita tahu bahawa ada sejumlah planet dengan atmosfer oksigen, tetapi pembentukan oksigen molekul di sana disebabkan bukan oleh biologi, tetapi oleh proses fizikal biasa,katakan penguraian wap air di bawah pengaruh sinaran ultraviolet bintang. Oleh itu, semua semangat bahawa, apabila kita melihat oksigen molekul, ia akan menjadi biomarker, tidak sepenuhnya dibenarkan.
Misi "Kepler"
Teleskop Angkasa Kepler (CT) adalah salah satu misi astronomi yang paling berjaya (tentu saja, selepas Teleskop Angkasa Hubble). Ini bertujuan untuk mencari planet. Terima kasih kepada Kepler CT, kami telah membuat lompatan kuantum dalam penyelidikan exoplanet.
Kepler CT difokuskan pada satu cara penemuan - yang disebut transit, ketika fotometer - satu-satunya instrumen di atas satelit - mengesan perubahan kecerahan bintang pada saat planet melintas di antara ia dan teleskop. Ini memberikan maklumat mengenai orbit planet ini, jisimnya, rejim suhu. Dan ini memungkinkan untuk mengenal pasti kira-kira 4500 calon planet yang berpotensi semasa bahagian pertama misi ini.
Teleskop Angkasa "Kepler"
NASA
Dalam astrofizik, astronomi dan, mungkin, dalam semua sains semula jadi, adalah kebiasaan untuk mengesahkan penemuan. Fotometer mencatatkan bahawa kecerahan bintang berubah, tetapi apa maksudnya? Mungkin bintang itu mempunyai beberapa proses dalaman yang membawa kepada perubahan; planet-planet berlalu - ia gelap. Oleh itu, adalah perlu untuk melihat kekerapan perubahan. Tetapi untuk mengatakan dengan pasti bahawa ada planet di sana, perlu mengesahkannya dengan cara tertentu - sebagai contoh, dengan mengubah halaju radial bintang. Maksudnya, sekarang terdapat sekitar 3600 planet - ini adalah planet yang disahkan oleh beberapa kaedah pemerhatian. Dan terdapat hampir 5,000 calon yang berpotensi.
Proxima Centauri
Pada bulan Ogos 2016, pengesahan telah diterima mengenai kehadiran planet bernama Proxima b berhampiran bintang Proxima Centauri. Mengapa begitu menarik bagi semua orang? Atas sebab yang sangat mudah: ia adalah bintang yang paling dekat dengan Matahari kita pada jarak 4,2 tahun cahaya (iaitu cahaya meliputi jarak ini dalam 4,2 tahun). Ini adalah exoplanet yang paling dekat dengan kita dan, mungkin, cakerawala yang paling dekat dengan sistem suria, di mana kehidupan boleh wujud. Pengukuran pertama dilakukan pada tahun 2012, tetapi kerana bintang ini adalah kerdil merah yang sejuk, satu siri pengukuran yang sangat panjang harus dilakukan. Dan sebilangan pasukan ilmiah dari Observatorium Selatan Eropah (ESO) telah memerhatikan bintang tersebut selama beberapa tahun. Mereka membuat laman web bernama Pale Red Dot (palereddot.org - ed.), Iaitu 'titik merah pucat', dan menyiarkan pemerhatian di sana. Ahli astronomi menarik perhatian pemerhati yang berbeza, dan mungkin untuk mengesan hasil pemerhatian di domain awam. Oleh itu, adalah mungkin untuk mengikuti proses penemuan planet ini hampir dalam talian. Dan nama program dan laman web pemerhatian kembali ke istilah Pale Red Dot yang diciptakan oleh saintis Amerika terkenal Carl Sagan untuk gambar planet Bumi yang dihantar oleh kapal angkasa dari kedalaman sistem suria. Apabila kita berusaha mencari planet seperti Bumi dalam sistem bintang yang lain, kita dapat membayangkan bagaimana planet kita kelihatan dari kedalaman ruang. Projek ini diberi nama Pale Blue Dot ('pale blue dot'), kerana dari angkasa, kerana cahaya atmosfera, planet kita dapat dilihat sebagai titik biru.adalah mungkin untuk mengikuti proses penemuan planet ini hampir dalam talian. Dan nama program dan laman web pemerhatian kembali ke istilah Pale Red Dot yang diciptakan oleh saintis Amerika terkenal Carl Sagan untuk gambar planet Bumi yang dihantar oleh kapal angkasa dari kedalaman sistem suria. Apabila kita berusaha mencari planet seperti Bumi dalam sistem bintang yang lain, kita dapat membayangkan bagaimana planet kita kelihatan dari kedalaman ruang. Projek ini diberi nama Pale Blue Dot ('pale blue dot'), kerana dari angkasa, kerana cahaya atmosfera, planet kita dapat dilihat sebagai titik biru.adalah mungkin untuk mengikuti proses penemuan planet ini hampir dalam talian. Dan nama program dan laman web pemerhatian kembali ke istilah Pale Red Dot yang diciptakan oleh saintis Amerika terkenal Carl Sagan untuk gambar planet Bumi yang dihantar oleh kapal angkasa dari kedalaman sistem suria. Apabila kita berusaha mencari planet seperti Bumi dalam sistem bintang yang lain, kita dapat membayangkan bagaimana planet kita kelihatan dari kedalaman ruang. Projek ini diberi nama Pale Blue Dot ('pale blue dot'), kerana dari angkasa, kerana cahaya atmosfera, planet kita dapat dilihat sebagai titik biru.dicadangkan oleh saintis Amerika yang terkenal Carl Sagan untuk gambar planet Bumi, yang dihantar oleh kapal angkasa dari kedalaman sistem suria. Apabila kita berusaha mencari planet seperti Bumi dalam sistem bintang yang lain, kita dapat membayangkan bagaimana planet kita kelihatan dari kedalaman ruang. Projek ini diberi nama Pale Blue Dot ('pale blue dot'), kerana dari angkasa, kerana cahaya atmosfera, planet kita dapat dilihat sebagai titik biru.dicadangkan oleh saintis Amerika yang terkenal Carl Sagan untuk gambar planet Bumi, yang dihantar oleh kapal angkasa dari kedalaman sistem suria. Apabila kita berusaha mencari planet seperti Bumi dalam sistem bintang yang lain, kita dapat membayangkan bagaimana planet kita kelihatan dari kedalaman ruang. Projek ini diberi nama Pale Blue Dot ('pale blue dot'), kerana dari angkasa, kerana cahaya atmosfera, planet kita dapat dilihat sebagai titik biru.
Planet Proxima b berada di zon bintang yang boleh dihuni dan agak dekat dengan Bumi. Sekiranya kita, planet Bumi, adalah 1 unit astronomi dari bintang kita, maka planet baru ini adalah 0,05, iaitu, 200 kali lebih dekat. Tetapi bintang itu bersinar lebih lemah, lebih sejuk, dan sudah berada di jarak seperti itu jatuh ke zon penangkapan pasang surut. Semasa Bumi menangkap Bulan dan mereka berputar bersama, keadaan yang sama ada di sini. Tetapi pada masa yang sama, satu sisi planet ini dihangatkan, dan yang lain sejuk.
Landskap kononnya Proxima Centauri b seperti yang dilihat oleh artis
ESO / M. Kornmesser
Terdapat keadaan iklim seperti itu, sistem angin yang bertukar panas antara bahagian yang dipanaskan dan bahagian gelap, dan di sempadan hemisfera ini terdapat keadaan yang cukup baik untuk kehidupan. Tetapi masalah dengan planet Proxima Centauri b adalah bahawa bintang induknya adalah kerdil merah. Kerdil merah hidup dalam jangka masa yang cukup lama, tetapi mereka mempunyai satu harta benda tertentu: mereka sangat aktif. Terdapat suar bintang, pelepasan jisim koronal, dan sebagainya. Sudah banyak artikel ilmiah mengenai sistem ini telah diterbitkan, di mana, misalnya, mereka mengatakan bahawa, tidak seperti Bumi, tahap sinaran ultraviolet di sana 20-30 kali lebih tinggi. Maksudnya, untuk memiliki kondisi yang baik di permukaan, atmosfer harus cukup padat untuk melindungi dari radiasi. Tetapi ini adalah satu-satunya eksoplanet yang paling dekat dengan kita,yang dapat dikaji secara terperinci dengan instrumen astronomi generasi akan datang. Perhatikan suasananya, lihat apa yang terjadi di sana, sama ada terdapat gas rumah hijau, apakah iklim di sana, sama ada terdapat penanda bio di sana. Ahli astrofizik akan mengkaji planet Proxima b, objek panas untuk penyelidikan.
Perspektif
Kami sedang menunggu beberapa teleskop darat dan ruang angkasa baru, instrumen baru untuk dilancarkan. Di Rusia, ini akan menjadi teleskop ruang angkasa Spektr-UF. Institut Astronomi Akademi Sains Rusia secara aktif mengusahakan projek ini. Pada tahun 2018, Teleskop Angkasa Amerika akan dilancarkan. James Webb adalah generasi seterusnya berbanding CT im. Hubble. Penyelesaiannya akan jauh lebih tinggi, dan kita akan dapat melihat komposisi atmosfer di planet-planet yang kita tahu, entah bagaimana menyelesaikan strukturnya, sistem iklim. Tetapi kita mesti memahami bahawa ini adalah instrumen astronomi yang biasa - secara semula jadi, akan ada persaingan yang sangat kuat, begitu juga di CT. Hubble: seseorang mahu menonton galaksi, seseorang - bintang, orang lain sesuatu. Beberapa misi khusus untuk meneroka eksoplanet dirancang,contohnya NESS's TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite). Sebenarnya, dalam 10 tahun akan datang, kita dapat mengharapkan kemajuan yang signifikan dalam pengetahuan kita mengenai eksoplanet secara umum dan tentang eksoplanet yang berpotensi dapat dihuni seperti Bumi, khususnya.
Valery Shematovich, Doktor Fizik dan Matematik, Ketua Jabatan Penyelidikan Sistem Suria, Institut Astronomi, Akademi Sains Rusia
