Eksoplaneedid: Maa kauged sugulased. Galaktika elamiskõlblik tsoon

Heitke pilk tähtede hajutamisele mustas öötaevas – need kõik sisaldavad hämmastavaid maailmu, nagu meie päikesesüsteem. Kõige konservatiivsemate hinnangute kohaselt sisaldab Linnutee galaktika enam kui sada miljardit planeeti, millest mõned võivad olla sarnased Maaga.

Uus teave "tulnukate" planeetide kohta - eksoplaneedid- avas Kepleri kosmoseteleskoobi, uurides tähtkujusid, oodates hetke, mil kauge planeet on oma valgusti ees.

Orbitaalobservatoorium käivitati 2009. aasta mais spetsiaalselt eksoplaneetide otsimiseks, kuid see ebaõnnestus neli aastat hiljem. Pärast paljusid katseid teleskoop tööle naasta, oli NASA sunnitud 2013. aasta augustis observatooriumi oma "kosmoselaevastikust" eemaldama. Sellegipoolest on Kepler aastate jooksul vaatluste käigus saanud nii palju unikaalseid andmeid, et nende uurimiseks kulub veel mitu aastat. NASA valmistub juba Kepleri järglase, TESS-teleskoobi käivitamiseks 2017. aastal.

Super-Maad Kuldvillaku Vöös

Tänaseks on astronoomid tuvastanud peaaegu 600 uut maailma 3500 kandidaadi hulgast "eksoplaneedi" tiitlile. Arvatakse, et nendest taevakehadest võib vähemalt 90% osutuda "tõelisteks planeetideks" ja ülejäänud - kaksiktähed, "pruunid kääbused", mis pole veel tähesuuruseks kasvanud, ja suurte asteroidide parved.

Enamik uutest planeedikandidaatidest on gaasihiiglased nagu Jupiter või Saturn, aga ka super-Maad – meie omast mitu korda suuremad kivised planeedid.

Loomulikult ei lange Kepleri ja teiste teleskoopide vaatevälja kaugeltki kõik planeedid. Nende arv on hinnanguliselt vaid 1-10%.

Eksoplaneedi kindlaksmääramiseks tuleb see korduvalt oma tähe kettale fikseerida. Selge on see, et enamasti osutub see oma päikese lähedal asuvaks, sest siis kestab tema aasta vaid paar Maa päeva või nädalat, nii et astronoomid saavad vaatlusi mitu korda korrata.

Sellised kuumade gaasipallide kujul olevad planeedid osutuvad sageli "kuumadeks Jupiteriteks" ja üks kuuest on nagu leekiv super-Maa, mis on kaetud laavamerega.

Loomulikult ei saa sellistes tingimustes meie tüüpi valgulist elu eksisteerida, kuid sadade ebasobivate kehade seas on meeldivaid erandeid. Seni on tuvastatud üle saja maapealse planeedi, mis asuvad nn elamiskõlblikus tsoonis või kuldvillane vöö.

See muinasjutu tegelane lähtus põhimõttest "ei rohkem ega vähem". Samamoodi peaks "elutsooni" kuuluvate haruldaste planeetide temperatuur jääma vedela vee olemasolu piiridesse. Pealegi on sellest arvust 24 planeedi raadius väiksem kui kaks Maa raadiust.

Siiski on seni vaid ühel neist planeetidest Maa kaksiku põhijooned: see asub Kuldvillaku tsoonis, on Maa suurusele lähedal ja kuulub Päikesega sarnasesse kollasesse kääbussüsteemi.

Punaste kääbuste maailmas

Pidevalt maavälist elu otsivad astrobioloogid ei kaota aga südant. Enamik meie galaktika tähti on väikesed jahedad ja tuhmid punased kääbused. Tänapäevastel andmetel moodustavad punased kääbused, olles Päikesest umbes poole väiksemad ja külmemad, vähemalt kolmveerandi Linnutee "tähepopulatsioonist".

Nende "päikese nõbude" ümber tiirlevad Merkuuri orbiidi suurused miniatuursed süsteemid ja neil on ka oma Goldilocksi vööd.

California Berkeley ülikooli astrofüüsikud koostasid isegi spetsiaalse TERRA arvutiprogrammi, mille abil tuvastati tosin maapealset kaksikut. Kõik nad on oma elutsoonide lähedal väikeste punaste valgustite läheduses. Kõik see suurendab oluliselt maaväliste elukeskuste olemasolu meie galaktikas.

Punased kääbused, mille lähedusest on leitud Maa-sarnaseid planeete, arvati varem olevat väga vaiksed tähed ja nende pinnal esineb harva plasmapaiskumisega kaasnevaid rakette.

Nagu selgus, on sellised valgustid isegi aktiivsemad kui Päike.

Nende pinnal toimuvad pidevalt võimsad kataklüsmid, mis tekitavad orkaanilisi "tähetuule" puhanguid, mis suudavad ületada isegi Maa võimsa magnetkilbi.

Kuid oma tähe läheduse eest võivad paljud Maa kaksikud maksta väga kõrget hinda. Punaste kääbuste pinnal sagedastest sähvatustest tulenevad kiirgusvood võivad sõna otseses mõttes "ära lakkuda" osa planeetide atmosfäärist, muutes need maailmad elamiskõlbmatuks. Samal ajal suurendab koronaalsete väljutuste ohtu asjaolu, et nõrgenenud atmosfäär kaitseb pinda halvasti kõva ultraviolettkiirguse laetud osakeste ja "tähetuule" röntgenikiirguse eest.

Lisaks on oht, et potentsiaalselt elamiskõlblike planeetide magnetosfäärid suruvad alla punaste kääbuste tugevaima magnetvälja.

Katkine magnetkaitse

Astronoomid on pikka aega kahtlustanud, et paljudel punastel kääbustel on võimas magnetväli, mis võib kergesti läbi murda potentsiaalselt elamiskõlblikke planeete ümbritsevast magnetkilbist. Selle tõestuseks ehitati üles virtuaalne maailm, milles meie planeet tiirleb ümber sarnase tähe väga lähedasel orbiidil "eluvööndis".

Selgus, et väga sageli kääbuse magnetväli mitte ainult ei deformeeri tugevalt Maa magnetosfääri, vaid ajab selle isegi planeedi pinna alla. Sellise stsenaariumi korral ei jääks meil vaid mõne miljoni aasta pärast õhku ega vett ning kogu pind oleks kosmilisest kiirgusest kõrvetatud.

Sellest järeldub kaks huvitavat järeldust. Elu otsimine punastes kääbussüsteemides võib osutuda täiesti lootusetuks ja see on veel üks seletus "kosmose suurele vaikusele".

Kuid võib-olla ei suuda me maavälist intelligentsust kuidagi tuvastada, sest meie planeet sündis liiga vara ...

Kes saab elada kaugetel eksoplaneetidel? Äkki sellised olendid?

Esmasündinu kurb saatus

Analüüsides Kepleri ja Hubble'i teleskoopide abil saadud andmeid, leidsid astronoomid, et tähtede tekkeprotsess Linnuteel on oluliselt aeglustunud. Selle põhjuseks on üha suurenev ehitusmaterjalide nappus tolmu- ja gaasipilvede näol.

Sellegipoolest on meie galaktikas veel palju materjali tähtede ja planeedisüsteemide sünniks. Pealegi põrkab meie tähesaar mõne miljardi aasta pärast kokku Andromeeda udukogu hiiglasliku galaktikaga, mis põhjustab kolossaalse tähetekkepuhangu.

Selle tulevase galaktika evolutsiooni taustal kuuldi hiljuti sensatsioonilist uudist, et neli miljardit aastat tagasi, päikesesüsteemi tekkimise ajal, eksisteeris vaid kümnendik potentsiaalselt elamiskõlblikest planeetidest.

Arvestades, et kõige lihtsamate mikroorganismide sünniks meie planeedil kulus mitusada miljonit aastat ja kujunes välja mitu miljardit aastat arenenumad eluvormid, on suure tõenäosusega intelligentsed tulnukad ilmuvad alles pärast Päikese väljasuremist.

Võib-olla peitub siin lahendus intrigeerivale Fermi paradoksile, mille sõnastas kunagi silmapaistev füüsik: ja kus on need tulnukad? Või on mõttekas otsida vastuseid meie planeedilt?

Ekstremofiilid Maal ja kosmoses

Mida enam me veendume oma koha unikaalsuses Universumis, seda sagedamini tekib küsimus: kas elu võib eksisteerida ja areneda meie omast täiesti erinevates maailmades?

Sellele küsimusele annab vastuse hämmastavate organismide - ekstremofiilide - olemasolu meie planeedil. Nad said oma nime tänu oma võimele ellu jääda äärmuslikes temperatuurides, mürgistes keskkondades ja isegi õhuta ruumis. Merebioloogid on leidnud sarnaseid olendeid maa-alustest geisritest – "meresuitsetajatest".

Seal arenevad nad kolossaalse rõhu all hapniku puudumisel kuumade vulkaaniliste õhuavade ääres. Nende "kolleegid" leidub Antarktika soolastes mägijärvedes, kuumades kõrbetes ja liustikualustes veehoidlates. On isegi "tardigrade" mikroorganisme, mis taluvad ruumi vaakumit. Selgub, et isegi punaste kääbuste läheduses asuvas kiirguskeskkonnas võivad tekkida mõned "äärmuslikud mikroobid".

Happeline järv asub Yellowstone'is. Punane tahvel - acidophilus bakterid

Tardigradid võivad eksisteerida ruumi vaakumis

Akadeemiline evolutsioonibioloogia usub, et elu Maal sai alguse keemilistest reaktsioonidest "soojas madalas basseinis", millesse tungisid märatsevate "äiksetormide" ultraviolett- ja osoonivood. Teisest küljest teavad astrobioloogid, et elu keemilisi ehitusplokke leidub ka teistes maailmades. Näiteks märgati neid meie gaasigigantide gaasi- ja tolmuudukogudes ning satelliidisüsteemides. See pole muidugi kaugeltki "täisväärtuslik elu", kuid esimene samm selle poole.

"Standardne" teooria elu tekke kohta Maal on hiljuti saanud tugeva löögi…. geoloogid. Selgub, et esimesed organismid on arvatust palju vanemad ja tekkisid täiesti ebasoodsas keskkonnas, kus on metaaniatmosfäär ja tuhandetest vulkaanidest välja paiskuv keev magma.

See paneb paljud bioloogid mõtlema panspermia vana hüpoteesi üle. Selle järgi tekkisid esimesed mikroorganismid kusagil mujal, näiteks Marsil, ja jõudsid Maale meteoriitide tuumas. Võib-olla pidid iidsed bakterid läbima pikema vahemaa komeedi tuumades teistest tähesüsteemidest.

Aga kui see nii on, siis võivad "kosmilise evolutsiooni" teed viia meid "päritoluvendade" juurde, kes ammutasid "eluseemned" samast allikast, millest meie...

Oleme avastanud galaktikas sadu eksoplaneete. Kuid ainult mõnel neist on elu toetamiseks õige tegurite kombinatsioon, näiteks Maa. Enamiku eksoplaneetide ilmateade valmistab pettumuse. Põletav päike, iga-aastased üleujutused ja sügav lumi raskendavad oluliselt kohalike elanike elu (kui neid muidugi on).

Halb uudis on see, et planeet Maa on meile teadaolevalt ainus elamiskõlblik koht kogu universumis. Me oleme liigina huvitatud teiste planeetide elamiskõlblikkusest erinevatel poliitilistel, rahalistel, humanitaar- ja teaduslikel põhjustel. Me tahame mõista, kuidas meie enda kliima muutub. Kuidas me elame tuleviku kliimas ja mida saame teha, et kasvuhooneefekti tõusulainet peatada. Ju siis natuke veel ja paradiis kuni Maa läheb lootusetult kaotsi.

Vaevalt, et hakkame tõsiselt muretsema puhaste energiaallikate otsimisega või veenma poliitikuid kliimaprobleemidega tegelema rahalise kasu arvelt. Palju huvitavam on küsimus: millal me tulnukaid näeme?

Elamiskõlblik tsoon, tuntud ka kui "Kuldvillaku tsoon", on tähe ümber asuv piirkond, kus planeedi keskmine temperatuur võimaldab vedelal veel, millega oleme harjunud, eksisteerida. Me jahime vedelat vett, mitte ainult edaspidiseks kasutamiseks, vaid ka selleks, et leida vihje: võib-olla võiks kusagil olla muud elu. Lõppude lõpuks, kas see on loogiline?

Probleemid väljaspool seda tsooni on üsna ilmsed. Kui see läheb liiga kuumaks, muutub keskkond väljakannatamatuks aurusaunaks või hakkab see vett lagundama hapnikuks ja vesinikuks. Seejärel ühineb hapnik süsinikuga, moodustades süsinikdioksiidi ja vesinik pääseb kosmosesse.

See juhtub Veenusega. Kui planeet on liiga külm, moodustab vesi tahkeid tükke. Jääkooriku all võib olla vedela vee taskuid, kuid üldiselt pole see väga meeldiv koht elamiseks. Leidsime selle Marsil ning Jupiteri ja Saturni kuudelt. Ja kui suudate umbkaudselt määratleda potentsiaalselt elamiskõlbliku tsooni, siis see on koht, kus vedel vesi võib eksisteerida.

Kahjuks ei koosne see võrrand ainult kaugusest täheni ja toodetud energia hulgast. Suurt rolli mängib planeedi atmosfäär. Teid üllatab, kuid Veenus ja Marss asuvad päikesesüsteemi potentsiaalselt elamiskõlblikus tsoonis.

Veenuse atmosfäär on nii paks, et püüab kinni Päikese energia ja loob elule ebasoodsa ahju, mis sulatab igasuguse eluvihje kiiremini, kui suudate öelda "kaks tassi teed sellele härrale".

Marsil on vastupidi. Õhuke atmosfäär ei suuda üldse soojust hoida, seega on planeet väga külm. Parandage mõlema planeedi atmosfääre – ja hankige maailmu, mis on üsna võimelised elule varjupaika andma. Võib-olla saaksime need kokku suruda ja atmosfääri segada? Vaja mõelda.

Kui vaatame Linnutee teisi maailmu ja püüame aru saada, kas seal on elu, ei piisa ainult nende asukoha hindamisest Kuldvillaku tsoonis. Peame teadma atmosfääri kuju.

Astronoomid on leidnud planeete, mis asuvad elamiskõlblikes tsoonides teiste tähtede ümber, kuid need maailmad ei paista eluks eriti hästi asetsevat. Nad tiirlevad punaste kääbustähtede ümber. Põhimõtteliselt pole punakates peegeldustes elamine nii hull, kuid üks probleem on. Punased kääbused kipuvad noorena väga halvasti käituma. Need tekitavad võimsaid rakette ja koronaalse massi väljutamist. See puhastab iga liiga lähedale sattunud planeedi pinna.

Tõsi, lootust on. Pärast mõne miljoni aasta pikkust kõrget aktiivsust asuvad need punased kääbustähed maha ja hakkavad imema oma vesinikuvarusid, mille potentsiaal on triljoneid aastaid. Kui elu suudab staari algusaegadel piisavalt kaua vastu pidada, võib oodata pikk ja õnnelik elu.

Kui mõtlete uuele kodule tähtede keskel või proovite universumis uut elu leida, otsige potentsiaalselt elamiskõlblikust tsoonist planeete. Kuid ärge unustage, et see on väga tingimuslik juhis.

Elamiskõlblik tsoon, mida inglise keeles nimetatakse elamiskõlblik tsoon, on maa-tüüpi eluks kõige soodsamate tingimustega ala kosmoses. Tähtaeg elupaik tähendab, et peaaegu kõik elutingimused on täidetud, me lihtsalt ei näe seda. Elamiskõlblikkuse määravad järgmised tegurid: vee olemasolu vedelal kujul, piisavalt tihe atmosfäär, keemiline mitmekesisus (lihtsad ja keerulised molekulid põhinevad H, C, N, O, S ja P) ja tähe olemasolu, mis tagab vajalik kogus energiat.

Uurimislugu: maapealsed planeedid

Astrofüüsika seisukohalt oli elamiskõlbliku tsooni mõiste tekkimiseks mitmeid stiimuleid. Mõelge meie päikesesüsteemile ja neljale maapealsele planeedile: Merkuur, Veenus, Maa ja Marss. Merkuuril puudub atmosfäär ja see on sellele liiga lähedal, nii et see pole meile eriti huvitav. See on kurva saatusega planeet, sest isegi kui sellel oleks atmosfäär, kannaks seda päikesetuul ehk tähe kroonist pidevalt voolav plasmavoog.

Mõelge Päikesesüsteemi ülejäänud maapealsetele planeetidele - need on Veenus, Maa ja Marss. Need tekkisid peaaegu samas kohas ja samades tingimustes ~ 4,5 miljardit aastat tagasi. Ja seetõttu peaks nende evolutsioon astrofüüsika seisukohalt olema üsna sarnane. Nüüd, kosmoseajastu alguses, kui oleme kosmoselaevade abil nende planeetide uurimisel edasi jõudnud, on saadud tulemused näidanud nendel planeetidel äärmiselt erinevaid tingimusi. Nüüd teame, et Veenusel on väga kõrge rõhk ja see on pinnal väga kuum, 460–480 °C, mille juures paljud ained isegi sulavad. Ja esimestest pinna panoraampiltidest nägime, et see on täiesti elutu ja praktiliselt pole eluga kohanenud. Kogu pind on üks kontinent.

// Pilt: Maapealsed planeedid – Merkuur, Veenus, Maa, Marss. (commons.wikimedia.org)

Teisest küljest Marss See on külm maailm. Marss on kaotanud oma atmosfääri. See on jälle kõrbepind, kuigi seal on mägesid ja vulkaane. Süsinikdioksiidi atmosfäär on väga haruldane; kui seal oli vett, oli see kõik jääs. Marsil on polaarkübar ja Marsi missiooni viimased tulemused viitavad sellele, et liivakatte all on jää – regoliit.

Ja Maa. Väga soodne temperatuur, vesi ei jäätu (vähemalt mitte igal pool). Ja just Maal tekkis elu – nii primitiivne kui ka mitmerakuline intelligentne elu. Näib, et näeme väikest osa päikesesüsteemist, kus tekkis kolm planeeti, mida nimetatakse maapealseteks planeetideks, kuid nende areng on täiesti erinev. Ja nendel esimestel ideedel planeetide endi võimalike evolutsiooniteede kohta tekkis idee elamiskõlblikust tsoonist.

Elamiskõlbliku tsooni piirid

Astrofüüsikud vaatlevad ja uurivad meid ümbritsevat maailma, meid ümbritsevat maailmaruumi, see tähendab meie päikesesüsteemi ja planeedisüsteeme teiste tähtede ümber. Ja selleks, et kuidagi süstematiseerida, kust otsida, milliseid objekte huvitada, peate mõistma, kuidas määrata elamiskõlblikku tsooni. Eeldasime alati, et teistel tähtedel peavad planeedid olema, kuid instrumentaalsed võimalused võimaldasid meil avastada esimesed planeedid, mis asuvad väljaspool päikesesüsteemi, alles 20 aastat tagasi.

Kuidas määratakse elamiskõlbliku tsooni sise- ja välispiir? Meie päikesesüsteemis arvatakse, et elamiskõlblik tsoon asub Päikesest 0,95–1,37 astronoomilise ühiku kaugusel. Teame, et Maa asub Päikesest 1 astronoomilise ühiku (AU) kaugusel, Veenus on 0,7 AU kaugusel. e., Marss - 1,5 a. e. Kui me teame tähe heledust, siis on elamiskõlbliku tsooni keskpunkti arvutamine väga lihtne – peate lihtsalt võtma selle tähe heleduse suhte ruutjuure ja seostama selle tähe heledusega. Päike, see tähendab:

Rae \u003d (L täht / L päike) ½.

Siin on Rae elamiskõlbliku tsooni keskmine raadius astronoomilistes ühikutes ning Lstar ja Lsun on vastavalt soovitud tähe ja Päikese bolomeetrilised heledusindeksid. Elamiskõlbliku tsooni piirid kehtestatakse nõudest, et selles asuvatel planeetidel oleks vesi vedelas olekus, kuna see on paljudes biomehaanilistes reaktsioonides vajalik lahusti. Elamiskõlbliku tsooni välisservast kaugemal ei saa planeet piisavalt päikesekiirgust, et kompenseerida kiirguskadusid ja selle temperatuur langeb alla vee külmumispunkti. Päikesele lähemal kui elamiskõlbliku tsooni siseserv kuumeneks selle kiirguse tõttu üle, põhjustades vee aurustumist.

Täpsemalt määrab sisepiiri nii planeedi kaugus tähest kui ka selle atmosfääri koostis ning eelkõige nn kasvuhoonegaaside olemasolu: veeaur, süsinikdioksiid, metaan, ammoniaak, ja teised. Teatavasti põhjustavad kasvuhoonegaasid atmosfääri kuumenemist, mis katastroofiliselt kasvava kasvuhooneefekti korral (näiteks varane Veenus) toob kaasa vee aurustumise planeedi pinnalt ja kadu atmosfäärist.

Välispiir on probleemi teine ​​pool. See võib olla palju kaugemal, kui Päikesest tuleb energiat vähe ja kasvuhoonegaaside olemasolust Marsi atmosfääris ei piisa, et kasvuhooneefekt tekiks pehme kliima. Niipea, kui energiahulk muutub ebapiisavaks, kondenseeruvad atmosfäärist kasvuhoonegaasid (veeaur, metaan ja nii edasi), langevad vihma või lumena välja jne. Ja tegelikult on kasvuhoonegaasid kogunenud Marsi polaarkübara alla.

Meie päikesesüsteemi väliste tähtede elamiskõlbliku tsooni kohta on väga oluline öelda üks sõna: potentsiaal - potentsiaalse elamiskõlblikkuse tsoon, see tähendab, et selles on täidetud tingimused, mis on vajalikud, kuid mitte piisavad elu tekkeks. Siin tuleb rääkida planeedi elujõulisusest, kui mängu tulevad mitmed geofüüsikalised ja biokeemilised nähtused ja protsessid, nagu magnetvälja olemasolu planeedil, laamtektoonika, planeedi päeva kestus jne. peal. Neid nähtusi ja protsesse uuritakse nüüd aktiivselt astronoomiliste uuringute uues suunas – astrobioloogias.

Otsige elamiskõlblikus tsoonis planeete

Astrofüüsikud lihtsalt otsivad planeete ja teevad seejärel kindlaks, kas need asuvad elamiskõlblikus tsoonis. Astronoomiliste vaatluste põhjal on näha, kus see planeet asub, kus asub tema orbiit. Kui elamiskõlblikus tsoonis, suureneb kohe huvi selle planeedi vastu. Järgmiseks peate uurima seda planeeti muudes aspektides: atmosfäär, keemiline mitmekesisus, vee olemasolu ja soojusallikas. See viib meid juba veidi "potentsiaali" mõiste sulgudest välja. Kuid põhiprobleem on see, et kõik need tähed on väga kaugel.

Üks asi on näha planeeti sellise tähe nagu Päike lähedal. Meie Maaga sarnaseid eksoplaneete on terve hulk – nn alam- ja supermaad ehk planeedid, mille raadius on Maa raadiusega lähedased või sellest veidi suuremad. Astrofüüsikud uurivad neid atmosfääri uurides, pinda me ei näe – ainult üksikjuhtudel on nn. otsene pildistamine kui näeme ainult väga kauget punkti. Seetõttu peame uurima, kas sellel planeedil on atmosfäär ja kui jah, siis milline on selle koostis, millised gaasid seal on jne.

// Pilt: eksoplaneet (punane täpp vasakul) ja pruun kääbus 2M1207b (keskel). Esimene otsepilditehnoloogiaga tehtud pilt 2004. aastal. Krediit: ESO/VLT

Laiemas mõttes on elu otsimine väljaspool päikesesüsteemi ja ka päikesesüsteemis nn biomarkerite otsimine. Arvatakse, et biomarkerid on bioloogilist päritolu keemilised ühendid. Teame, et näiteks Maa peamiseks biomarkeriks on hapniku olemasolu atmosfääris. Teame, et varajases Maal oli väga vähe hapnikku. Kõige lihtsam, primitiivne elu tekkis varakult, hulkrakne elu tekkis üsna hilja, intelligentsest rääkimata. Siis aga hakkas fotosünteesi tõttu tekkima hapnik, atmosfäär muutus. Ja see on üks võimalikest biomarkeritest. Nüüd teame teistest teooriatest, et hapnikuatmosfääriga planeete on palju, kuid molekulaarse hapniku teket seal ei põhjusta mitte bioloogilised, vaid tavalised füüsikalised protsessid, näiteks veeauru lagunemine tähe ultraviolettkiirguse mõjul. . Seetõttu pole kogu entusiasm, et niipea, kui me näeme molekulaarset hapnikku, on see juba biomarker, pole see täiesti õigustatud.

Missioon "Kepler"

Kepleri kosmoseteleskoop (CT) on üks edukamaid astronoomilisi missioone (muidugi pärast kosmoseteleskoobi). Selle eesmärk on leida planeete. Tänu Keplerile oleme teinud eksoplaneetide uurimisel kvalitatiivse hüppe.

CT "Kepler" keskendus ühele avastamismeetodile - nn transiididele, kui fotomeeter - ainuke satelliidi pardal olev instrument - jälgis tähe heleduse muutust ajal, mil planeet liikus selle ja teleskoobi vahelt. . See andis teavet planeedi orbiidi, selle massi ja temperatuuri kohta. Ja see võimaldas selle missiooni esimese osa jooksul tuvastada umbes 4500 potentsiaalset planeedikandidaati.

// Kepleri kosmoseteleskoop (NASA)

Astrofüüsikas, astronoomias ja ilmselt kõigis loodusteadustes on tavaks avastusi kinnitada. Fotomeeter tuvastab, et tähe heledus muutub, kuid mida see võib tähendada? Võib-olla viivad tähes mingid sisemised protsessid muutusteni; planeedid mööduvad – tumeneb. Seetõttu on vaja vaadata muutuste sagedust. Kuid selleks, et kindlalt väita, et seal on planeete, peate seda mõnel muul viisil kinnitama - näiteks tähe radiaalkiirust muutes. See tähendab, et praegu on umbes 3600 planeeti kinnitatud mitme planeedi vaatlemise meetodi abil. Ja potentsiaalseid kandidaate on peaaegu 5000.

Proxima Centauri

2016. aasta augustis saadi kinnitus Proxima b-nimelise planeedi olemasolust tähe Proxima Centauri lähedal. Miks kõik nii huvitatud on? Väga lihtsal põhjusel: see on meie Päikesele lähim täht 4,2 valgusaasta kaugusel (st valgus katab selle vahemaa 4,2 aastaga). See on meile lähim eksoplaneet ja võib-olla ka päikesesüsteemile lähim taevakeha, millel elu saab eksisteerida. Esimesed mõõtmised tehti 2012. aastal, aga kuna see täht on lahe punane kääbus, siis tuli teha väga pikk mõõtmiste jada. Ja mitmed Euroopa Lõunaobservatooriumi (ESO) teadusrühmad on tähte vaadelnud juba mitu aastat. Nad tegid veebisaidi, seda nimetatakse Kahvatu punane täpp(palereddot.org – toim.), see tähendab 'kahvatupunane täpp' ja sinna pandi üles tähelepanekud. Astronoomid tõmbasid ligi erinevaid vaatlejaid ning vaatluste tulemusi oli võimalik jälgida avalikult. Seega oli selle planeedi avastamise protsessi võimalik jälgida peaaegu veebis. Ja vaatlusprogrammi ja veebisaidi nimi ulatub tagasi selle termini juurde Kahvatu punane täpp, mille pakkus välja kuulus Ameerika teadlane Carl Sagan Päikesesüsteemi sügavustest kosmoselaevade poolt edastatavate piltide jaoks planeedist Maa. Kui püüame leida Maa-sarnast planeeti teistest tähesüsteemidest, võime proovida ette kujutada, milline meie planeet kosmosesügavustest välja näeb. See projekt sai nime Helesinised täpid(’Pale blue dot’), sest kosmosest on meie planeet atmosfääri heleduse tõttu nähtav sinise punktina.

Planeet Proxima b sattus oma tähe elamiskõlblikku tsooni ja Maale suhteliselt lähedale. Kui meie, planeet Maa, asume oma tähest 1 astronoomilise ühiku kaugusel, siis see uus planeet on 0,05, see tähendab 200 korda lähemal. Kuid täht särab nõrgemalt, on külmem ja juba sellistel kaugustel langeb ta nn loodete püüdmise tsooni. Kuna Maa püüdis Kuu kinni ja nad pöörlevad koos, on olukord siin sama. Kuid samal ajal on planeedi üks külg kuumenenud ja teine ​​​​külm.

// Pilt: Proxima Centauri b hinnanguline maastik kunstniku kujutamisel (ESO/M. Kornmesser)

Seal on sellised klimaatilised tingimused, tuulte süsteem, mis vahetab soojust köetava osa ja pimeda osa vahel ning nende poolkerade piiridel võivad olla eluks üsna soodsad tingimused. Kuid planeedi Proxima Centauri b probleem on see, et ematäht on punane kääbus. Punased kääbused elavad üsna kaua, kuid neil on üks konkreetne omadus: nad on väga aktiivsed. Seal on tähtede raketid, koronaalmassi väljaheited jne. Selle süsteemi kohta on avaldatud juba päris mitu teadusartiklit, kus näiteks räägitakse, et erinevalt Maast on seal ultraviolettkiirguse tase 20–30 korda kõrgem. See tähendab, et pinnal oleks soodsad tingimused, peab atmosfäär olema piisavalt tihe, et kaitsta kiirguse eest. Kuid see on ainus meile lähim eksoplaneet, mida saab järgmise põlvkonna astronoomiliste instrumentidega üksikasjalikult uurida. Jälgige selle atmosfääri, vaadake, mis seal toimub, kas seal on kasvuhoonegaase, mis kliima see on, kas seal on biomarkereid. Astrofüüsikud hakkavad uurima planeeti Proxima b, see on kuum uurimisobjekt.

väljavaated

Ootame mitmeid uusi maa- ja kosmoseteleskoope ning uusi instrumente. Venemaal on selleks kosmoseteleskoop Spektr-UV. Selle projektiga tegeleb aktiivselt Venemaa Teaduste Akadeemia Astronoomia Instituut. 2018. aastal starditakse Ameerika kosmoseteleskoop. James Webb on järgmine põlvkond pärast CT-d. Hubble. Selle eraldusvõime on palju suurem ja me saame jälgida nende eksoplaneetide atmosfääri koostist, millest me teame, kuidagi lahendada nende struktuuri, kliimasüsteemi. Kuid peate mõistma, et see on üldine astronoomiline instrument - loomulikult on konkurents väga suur, nagu ka CT-s. Hubble: keegi tahab vaadata galaktikat, keegi - tähti, keegi teine ​​midagi. Kavas on mitu spetsiaalset eksoplaneetide uurimise missiooni, näiteks NASA TESS ( Transiitne Exoplanet Survey satelliit). Tegelikult võime järgmise 10 aasta jooksul oodata märkimisväärset edasiminekut oma teadmistes eksoplaneetide kohta üldiselt ja potentsiaalselt elamiskõlblike eksoplaneetide, nagu Maa, kohta eriti.

Näide süsteemist elamiskõlbliku tsooni leidmiseks sõltuvalt tähtede tüübist.

astronoomias, elamiskõlblik tsoon, elamiskõlblik tsoon, elutsoon (elamiskõlblik tsoon, HZ) on tinglik ala ruumis, mis määratakse selle alusel, et tingimused selles olevate inimeste pinnal on lähedased tingimustele ja tagavad vee olemasolu vedelas faasis. Sellest tulenevalt on sellised planeedid (või nende planeedid) soodsad Maaga sarnase elu tekkeks. Elu tekkimise tõenäosus on suurim läheduses asuvas elamiskõlblikus tsoonis ( ümmargune elamisvöönd, CHZ ) asub elamiskõlblikus tsoonis ( galaktika elamisvöönd, GHZ), kuigi viimase uurimine on alles lapsekingades.

Tuleb märkida, et planeedi olemasolu elamiskõlblikus tsoonis ja selle eluks soodne olek ei ole tingimata seotud: esimene omadus kirjeldab tingimusi planeedisüsteemis tervikuna ja teine ​​- otse taevakeha pinnal. .

Ingliskeelses kirjanduses nimetatakse ka elamiskõlblikku tsooni kuldvillakute tsoon (Kuldvillaku tsoon). See nimi on viide inglise muinasjutule Kuldvillak ja kolm karu, vene keeles tuntud kui "Kolm karu". Muinasjutus üritab Goldilocks kasutada mitut kolme homogeense objekti komplekti, millest igaühes osutub üks esemetest liiga suureks (kõva, kuum jne), teine ​​​​on liiga väike (pehme, külm .. .) ja kolmas, nende vahepealne, osutub üksus "täpselt õigeks". Samamoodi, et asuda elamiskõlblikus tsoonis, ei tohi planeet olla tähest liiga kaugel ega sellele liiga lähedal, vaid "õigel" kaugusel.

Tähe elamisvöönd

Elamiskõlbliku tsooni piirid kehtestatakse nõudest, et selles asuvatel planeetidel oleks vesi vedelas olekus, kuna see on paljudes biokeemilistes reaktsioonides vajalik lahusti.

Elamiskõlbliku tsooni välisservast kaugemal ei saa planeet piisavalt päikesekiirgust, et kompenseerida kiirguskadusid ja selle temperatuur langeb alla vee külmumispunkti. Päikesele lähemal kui elamiskõlbliku tsooni siseserv kuumeneks selle kiirguse tõttu üle, põhjustades vee aurustumist.

Kaugus tähest, kus see nähtus on võimalik, arvutatakse tähe suuruse ja heleduse järgi. Konkreetse tähe elamiskõlbliku tsooni keskpunkti kirjeldab võrrand:

Elamiskõlblik tsoon päikesesüsteemis

Elamiskõlbliku tsooni ulatuse kohta on erinevaid hinnanguid:

Galaktika elamiskõlblik tsoon

Kaalutlused selle kohta, et galaktikas paikneva planeedisüsteemi asukoht peaks mõjutama elu arengu võimalikkust, viisid nn. "galaktiline elamisvöönd" ( GHZ, galaktiline elamisvöönd ). Kontseptsioon töötati välja 1995. aastal Guillermo Gonzalez vaatamata väljakutsele.

Galaktika elamiskõlblik tsoon on praegu olemasolevate ideede kohaselt rõngakujuline piirkond, mis asub galaktika ketta tasapinnal. Arvatakse, et elamiskõlblik tsoon asub galaktika keskpunktist 7–9 kpc kaugusel, mis aja jooksul laieneb ja sisaldab 4–8 miljardi aasta vanuseid tähti. Nendest tähtedest on 75% vanemad kui Päike.

2008. aastal avaldas rühm teadlasi ulatuslikud arvutisimulatsioonid, mille kohaselt võivad tähed nagu Päike rännata pikki vahemaid vähemalt galaktikates nagu Linnutee. See on vastuolus kontseptsiooniga, et mõned galaktika piirkonnad on eluks sobivamad kui teised.

Otsige elamiskõlblikus tsoonis planeete

Elamiskõlblike tsoonide planeedid pakuvad suurt huvi teadlastele, kes otsivad nii maavälist elu kui ka inimkonnale tulevasi kodusid.

Drake'i võrrand, mis püüab määrata maavälise intelligentse elu tõenäosust, sisaldab muutujat ( ne) kui elamiskõlblike planeetide arv planeetidega tähesüsteemides. Kuldvillaku leidmine aitab selle muutuja väärtusi täpsustada. Äärmiselt madalad väärtused võivad toetada unikaalset Maa hüpoteesi, mis väidab, et rida äärmiselt ebatõenäolisi sündmusi ja sündmusi viis elu tekkeni . Kõrged väärtused võivad tugevdada Koperniku positsiooni keskpärasuse põhimõtet: suur arv Kuldvillaku planeete tähendab, et Maa pole ainulaadne.

Maa-suuruste planeetide otsimine tähtede elamiskõlblikest tsoonidest on missiooni põhiosa, mis kasutab (käivitatud 7. märtsil 2009, UTC) elamiskõlblike tsoonide planeetide omaduste uurimiseks ja kogumiseks. 2011. aasta aprilli seisuga on avastatud 1235 võimalikku planeeti, millest 54 asuvad elamiskõlblikes tsoonides.

Esimene kinnitatud eksoplaneet elamiskõlblikus tsoonis Kepler-22 b avastati 2011. aastal. 3. veebruari 2012 seisuga on teadaolevalt neli usaldusväärselt kinnitatud planeeti oma tähtede elamiskõlblikus tsoonis.

Yale'i ülikooli (USA) teadlase sõnul on elamiskõlblike maailmade otsimisel vaja ruumi teha teisele "kuldvillaku" tingimusele.

Aastakümneid arvati, et peamine tegur, mis määrab, kas planeet suudab elu toetada, on selle kaugus päikesest. Näiteks meie päikesesüsteemis on Veenus Päikesele liiga lähedal, Marss liiga kaugel ja Maa on täpselt õige. Teadlased nimetavad seda vahemaad "elamiskõlblikuks tsooniks" või "kuldvillaku tsooniks".

Samuti usuti, et planeedid suudavad iseseisvalt reguleerida oma sisetemperatuuri vahevöö konvektsiooni ja kivimite maa-aluse nihke abil, mis on põhjustatud sisemisest kuumenemisest ja jahtumisest. Planeet võib alguses olla liiga külm või liiga kuum, kuid lõpuks saavutab see õige temperatuuri.

Ajakirjas avaldatud uus uuring Teaduse edusammud 19. august 2016 näitab, et ainult elamiskõlblikus tsoonis viibimisest ei piisa elu alalhoidmiseks. Planeedil peab algselt olema vajalik sisetemperatuur.

Uus uuring on näidanud, et elu tekkeks ja säilimiseks peab planeedil olema teatud temperatuur. Autor: Michael S. Helfenbein/Yale'i ülikool

"Kui kogute kõikvõimalikke teaduslikke andmeid selle kohta, kuidas Maa on viimase paari miljardi aasta jooksul arenenud, ja proovite seda mõista, mõistate lõpuks, et konvektsioon vahevöös on sisetemperatuuri suhtes üsna ükskõikne," ütles autor Jun Korenaga. Yale'i ülikooli geoloogia ja geofüüsika professor. Korenaga esitas üldise teoreetilise raamistiku, mis selgitab mantli konvektsiooni eeldatava iseregulatsiooni astet. Teadlane väitis, et isereguleerumine pole maapealsete planeetide omane.

"Isereguleeruva mehhanismi puudumine on planeetide elamiskõlblikkuse jaoks väga oluline. Planeetide moodustumise uuringud näitavad, et maapealsed planeedid tekivad võimsate mõjude tõttu ja selle väga juhusliku protsessi tulemus on teadaolevalt väga varieeruv, " kirjutab Korenaga.

Erinevad suurused ja sisetemperatuurid ei takistaks planeedi arengut, kui vahevöö isereguleeruks. Seda, mida me oma planeedil, sealhulgas ookeanidel ja mandritel, iseenesestmõistetavaks peame, ei eksisteeriks, kui Maa sisetemperatuur ei oleks teatud vahemikus, mis tähendab, et Maa ajaloo alguses ei olnud liiga kuum ega liiga külm.

NASA Astrobioloogia Instituut toetas uuringut. Korenaga on NASA Alternative Earthsi projektimeeskonna kaasuurija. Meeskond on hõivatud küsimusega, kuidas Maa säilitab püsiva biosfääri suurema osa oma ajaloost, kuidas biosfäär avaldub planeedi mastaabis "biosignatuurides" ja elu otsimises päikesesüsteemi sees ja väljaspool.