Nedávno sme komentovali objav planéty Proxima b, ktorá sa stala čerešničkou na torte exoplanetárneho koláča. A 22. februára 2017 bolo s fanfárami oznámené objavenie troch planét naraz v obývateľnej zóne ďalšieho červeného trpaslíka - TRAPPIST-1. Tento systém je takmer desaťkrát ďalej ako Proxima Centauri, existujú však minimálne dve okolnosti, ktoré robia z hľadania druhej čerešničky na torte za posledných pár mesiacov. To:
- v obývateľnej zóne sa nachádzajú tri planéty naraz, čo zvyšuje pravdepodobnosť, že aspoň jedna z nich je vhodná pre život;
- tieto planéty sú na rozdiel od Proxima b prechodné, to znamená, že prechádzajú okolo disku hviezdy pre pozemského pozorovateľa, čo výrazne uľahčuje pozorovanie ich atmosfér.
Niekoľko slov o histórii senzácie. Systém objavil v roku 2015 malý belgický ďalekohľad TRAPPIST. Názov - Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope South - je prispôsobený belgickej značke piva. Ďalekohľad sa nachádza v Čile na observatóriu La Silla Európskeho južného observatória.
S jeho pomocou boli objavené tri tranzitné planéty blízko studeného červeného trpaslíka 2MASS J23062928-0502285 [1], ktorý dostal druhé, ľudskejšie meno TRAPPIST-1 - išlo o prvý planetárny systém objavený týmto ďalekohľadom. Potom systém pozoroval európsky ďalekohľad VLT (Very Large Telescope) a nakoniec bol vďaka údajom z infračerveného vesmírneho ďalekohľadu NASA Spitzer systém „rozmotaný“a zistilo sa, že existuje sedem planét. Posledným krokom bola vlastne tlačová konferencia NASA 22. februára.
Obrázok: 1. Svetelná krivka hviezdy TRAPPIST-1 počas 20-dňového zasadnutia vesmírneho teleskopu Spitzer. Zelené bodky - pozorovania pomocou pozemských ďalekohľadov. Vertikálne - svietivosť hviezdy v súčasnosti vo vzťahu k priemernej svietivosti. Diamanty označujú prechody konkrétnych planét. Vyvrhnutie bodov smerom nahor sú s najväčšou pravdepodobnosťou hviezdne erupcie. Existuje iba jeden prechod planéty h. Jeho perióda a orbitálny polomer sa odhadujú z trvania jedného prechodu (pozri obr. 2)
Obrázok: 2. Svetelné krivky hviezdy počas prechodov každou zo siedmich planét
Propagačné video:
Obytná zóna zahŕňa planéty e, f, g, aj keď na prvý pohľad je planéta d vhodnejšia na intenzitu ohrevu ako g. To si vyžaduje pomerne zložitú diskusiu s odhadmi možného skleníkového efektu vrátane mnohých neistôt. Koncept obývateľnej zóny je samozrejme veľmi svojvoľný.
Bez ohľadu na to, ako definujeme obytnú zónu, existujú vážne problémy so skutočnou životnosťou každej z týchto planét. Rovnaké problémy ako Proxima b. Sú spojené s povahou červených trpaslíkov.
1. Sú to hviezdy s veľmi prudkou magnetickou aktivitou. Majú silnú konvekčnú vrstvu. Na rozdiel od Slnka, kde sa teplo prenáša von najmä difúziou fotónov, tu prevláda konvekcia. Slnko má tiež prúdenie, preto sa objavujú škvrny, svetlice, výbežky a na Zemi sú magnetické búrky a polárne žiary. Tam sú všetky tieto javy oveľa intenzívnejšie.
2. Svietivosť týchto hviezd na začiatku ich životopisu sa veľmi mení. Prvé milióny rokov svietia desiatky alebo dokonca stokrát jasnejšie ako v ustálenom stave.
3. Obytná zóna červených trpaslíkov je tak blízko hviezdy, že planéty padajú do prílivového uzáveru: buď sú vždy obrátené jednou stranou k hviezde, alebo je deň na nich dlhší ako ich rok (pre systém TRAPPIST-1 je pravdepodobnejšia prvá možnosť).
Čo robiť, príroda nám druhýkrát za necelý rok vkĺzla práve do týchto nie príliš povzbudivých planetárnych systémov. To nie je prekvapujúce - je ich oveľa jednoduchšie nájsť spektrometrickou metódou (je nemožné týmto spôsobom zistiť Zem v blízkosti Slnka), je pravdepodobnejšie, že sa ukážu ako prechodné, a tranzity sú kontrastnejšie, nakoniec je tu viac červených trpaslíkov ako žltých a oranžových.
Obrázok: 3. Súčasný tranzit troch planét. Svetelná krivka zachytená 11. decembra 2015 pomocou európskeho ďalekohľadu VLT
Takže boli nájdené údaje o systéme TRAPPIST-1 (chyby neuvádzame).
| Planéta | Polomer obežnej dráhy | Obdobie | Polomer planéty | Intenzita vykurovania (v pozemských jednotkách) |
| b | 0,011 AU | 1,51 dňa | 1,09 Re | 4.25 |
| c | 0,015 | 2.42 | 1,06 | 2.27 |
| d | 0,021 | 4,05 | 0,77 | 1.14 |
| e | 0,028 | 6.10 | 0,92 | 0,66 |
| f | 0,037 | 9,21 | 1,04 | 0,38 |
| g | 0,045 | 12,35 | 1.13 | 0,26 |
| h | 0,063 | ~ 20 | 0,75 | 0,13 |
Hviezda. Hmotnosť - 0,08 slnečného žiarenia, polomer -0,117 slnečného žiarenia, svietivosť - 0,5103 slnečného žiarenia, teplota 2550K
Podarilo sa nám zhruba odhadnúť hmotnosti planét - kvôli ich interakcii sú tranzity v čase mierne posunuté. Chyby pri určovaní hmotnosti sú veľké, ale už teraz môžeme dospieť k záveru, že hustota planét zodpovedá horninovej výplni.
Samozrejme, zemské planéty v blízkosti hviezd podobných slnku sa v dohľadnej dobe nájdu. V skutočnosti sa už v Keplerových dátach našlo niekoľko takýchto planét, len sú veľmi ďaleko. Na oblohe stačí pozorovať niekoľko stoviek jasných hviezd (čo sa plánuje v nasledujúcich rokoch) a takéto planéty budú objavené do sto svetelných rokov (a ak budete mať šťastie, aj bližšie).
Pohodlné planéty v blízkosti pohodlných hviezd sú v skutočnosti do 15–20 svetelných rokov (vyplýva to zo štatistík získaných Keplerom), ale na ich objavenie sú potrebné vesmírne interferometre, ktoré sa čoskoro neobjavia (pozri [2]).
Nádej, že aspoň jedna z planét je vhodná na život, zostáva. Spočiatku mohli mať veľa vody - nemohli sa formovať tam, kde sú teraz, a museli migrovať k hviezde z periférie protoplanetárneho disku - kvôli hranici snehu, kde je veľa ľadových telies. Je pravda, že migrovali späť do éry, keď bola hviezda oveľa jasnejšia. Odhady vykonané pre Proximu b však ukazujú, že hydrosféry planét by mohli prežiť horiace horúčavy desiatky miliónov rokov.
Prílivový uzáver nie je fatálny, ak má planéta hustú atmosféru a globálny oceán - potom je prenos tepla schopný vyrovnať teplotný rozdiel medzi dennou a nočnou hemisférou.
Vážnejším problémom je odfukovanie atmosféry hviezdnym vetrom a tvrdým žiarením. Na tlačovej konferencii sa hovorilo, že hviezda je teraz pokojná. To je pravda, ak máme na mysli tepelné žiarenie, ale nie röntgenové lúče: TRAPPIST-1 - meraný priamo vesmírnym observatóriom XMM - emituje približne rovnaké množstvo röntgenových lúčov ako Slnko. Keďže planéty sú desaťkrát bližšie k hviezde ako Zem k Slnku, ich röntgenové žiarenie je o tri rády vyššie ako žiarenie Zeme.
Röntgenové lúče nepredstavujú priamu hrozbu pre život - sú absorbované atmosférou. Problém je v dehydratácii planéty: röntgenové lúče a tvrdé ultrafialové svetlo rozkladajú molekuly vody - vodík sa ľahko odparuje, kyslík sa viaže. A čo je ešte horšie, keďže je tam intenzívny röntgen, musí byť aj silný hviezdny vietor - ten oddeľuje vonkajšie vrstvy atmosféry. Jedinou záchranou je v tomto prípade magnetické pole planéty. Otázkou je, či tieto planéty majú dostatočne silné pole. Možno existuje.
Ostáva teda nádej, že niektoré planéty systému TRAPPIST-1 sú vhodné na život. Dá sa táto nádej potvrdiť alebo vyvrátiť? Je to možné a oveľa jednoduchšie ako v prípade Proxima b, v ktorom je potrebné pozorovať odrazené alebo vlastné tepelné žiarenie planéty.
Je veľmi ťažké ho oddeliť od žiarenia hviezdy. Tu je možné pozorovať atmosféru planét vo svetle, čo je neporovnateľne jednoduchšie.
V prípade Proxima b bude nový vesmírny ďalekohľad James Webb schopný niečo ukázať iba v krajnom prípade: jedna hemisféra je horúca, druhá zamrznutá. V prípade systému TRAPPIST-1 je reálne vidieť absorpčné čiary v atmosférach planét. Alebo položte nejaké obmedzenia navrch. Jedno také obmedzenie už bolo stanovené: vnútorné planéty nemajú hustú vodíkovú atmosféru.
Obrázok: 4. Schéma dráh systému TRAPPIST-1. Obytná zóna je označená šedou farbou. Bodkované kruhy - je v trochu inej interpretácii
Existuje teoretická možnosť, že James Webb objaví život na jednej z týchto planét? Najvýrečnejším markerom života je kyslík. Je plne detekovateľný ako ozón, tak aj ako O2. Ďalšia vec je, že určité množstvo kyslíka môže vzniknúť napríklad v dôsledku disociácie molekúl vody tvrdým žiarením hviezdy. Odhadnúť, koľko kyslíka je spoľahlivý ukazovateľ, nie je ľahké. Je potrebné poznať rýchlosť disociácie a rýchlosť viazania kyslíka - existuje veľa nejasností. Ale ak je toľko kyslíka ako na Zemi, niet kam ísť: toto môže dať iba život. Ak je kyslíka málo, neznamená to, že už nie je život: počas prvých pár miliárd rokov života bolo na Zemi málo kyslíka.
Na záver by som rád vyjadril ľútosť nad tým, že Rusko obišlo štúdium exoplanét. Existujú jednotlivci a jednotlivé zamestnania, ale nič viac. Ale táto oblasť nevyžaduje gigantické inštalácie - skôr sa sivá hmota a vytrvalosť, ako sa naša veda vždy mohla pochváliť. Istú nádej dáva ruský projekt „Millimetron“- kryogénny vesmírny ďalekohľad s 10-metrovým zrkadlom: štúdium exoplanét je jedným z prvých bodov projektu. Toto je však téma na samostatnú publikáciu.
Boris Stern, astrofyzik, Ph. D. fyzický -mat. vedy, vedené. vedecký. sotr. Inštitút pre jadrový výskum RAS (Troitsk)