Bonus slike: John Rowe
Potraga za planetima sličnim Zemlji započinje potragom zvijezda sunčanih. Od astronoma Maggie Turnbull zatraženo je da napravi kratak popis od trideset kandidatskih zvijezda koje su usko odgovarale našem Suncu iz ukupnog popisa 2.350 zvijezda koje su udaljene stotinu svjetlosnih godina od nas. Ovaj kratki popis, uključujući 37 dragulja, upotrijebit će misija Zemaljskog pretraživača planeta, koja će pretraživati planete nastanjene tražeći vidljivu svjetlost kisika ili vode na planeti poput Zemlje - siguran znak života.
Trideset sedma zvijezda zapadnjaka u zviježđu, Blizanci, je žuto-narančasta zvijezda poput našeg sunca. Zvijezda se zove 37 Geminorum, ali za astrofizičarku Margaret Turnbul, zvijezda je posebna jer nudi studiju slučaja za razmatranje onoga što bi se moglo smatrati dobrim kandidatom za lučenje planeta nastanjivanja.
Sastavljajući svoj popis zvijezda koje bi mogle podržavati planete s tekućom vodom i kisikom, ona mora isključiti ekstremna sunca: bilo premlada ili prestar, koja se rotira prebrzo, ili koja su dovoljno promjenjiva u svjetlini da uzrokuju klimatski kaos na bilo kojem obližnji svijet.
Na udaljenosti od 56,3 svjetlosne godine, zvijezda 37 Gem tek treba pokazati znakove postojanja takvih planeta ili bilo kojih planeta - ali budući NASA i europski teleskopi žele ciljati zvijezde poput 37 Gema budući da bi mogli dijeliti neka ista svojstva zbog kojih je naš solarni sustav učinio useljivim. Do sada je pronađeno više od 100 ekstrasolarnih planeta pomoću zemaljskih teleskopa, a procjene za ukupan broj takvih planeta u našoj galaksiji mogu iznositi u milijardama svjetskih kandidata.
Radeći sa Sveučilišta Arizona u Tucsonu, Maggie Turnbull zamoljena je da napravi kratku listu od trideset zvjezdica kandidata koji najviše nalikuju drugim sunsima koja mogu poduprijeti uvjete za procvat života. Počevši s pretraživanjem zvijezda udaljenih manje od stotinu svjetlosnih godina, dobilo je oko 2.350 zvijezda koje smo trebali razmotriti dalje.
Turnbull je nedavno predstavio svoje rezultate grupi znanstvenika iz NASA-inog svemirskog teleskopa, Zemaljskog pretraživača planeta (TPF), koji će pretraživati planete useljivim vidljivim svjetlom s „potpisom“ vode i / ili kisika sa Zemlje- tip planeta. Nakon planiranog pokretanja TPF-a oko 2013., slijedit će europski projekt Darwin koji uključuje šest svemirskih teleskopa.
Zvjezdani popis pariran je s još većeg popisa (17.129 zvijezda unutar 450 svjetlosnih godina ili 140 parseksa) koji su Turnbull i savjetnica Jill Tarter iz Instituta SETI prvo objavili u Astrophysical Journal. Popis je postao poznat kao Katalog obližnjih zvjezdanih sustava (ili HabCat) u blizini. Njihov je članak objavljen u kolovozu, pod nazivom „Ciljni odabir za SETI: I. Katalog obližnjih zvjezdanih sustava“, proširio liste prijašnjih kandidata za gotovo deset puta ili redoslijedom.
Da bi podržao složen život, kandidatska zvijezda mora biti prave boje, svjetline i starosti. Ako je to sredovječna zvijezda poput naše, ona će izgorjeti kroz dovoljno fuzijske svjetlosne elemente da bi se stvorili teži metali poput željeza, ali ne toliko stari da se urušava ili toliko mlad da je život tek daleka budućnost. Na temelju fragmenata koje znamo o tome kako se složen život pojavio na Zemlji, Turnbullova pretraga želi pronaći "Zlatokose" zvijezda koje izgledaju "baš u redu".
Pa zašto 37 Gem?
37 Geminorum se nalazi na sjeverozapadnom dijelu zviježđa Blizanci, nazvanog po Blizancima. Za astronome amatere s dobrim dvorišnim teleskopom vidljiv je 37 Gem. U grčkoj mitologiji blizanci Blizanci plovili su s Jasonom u potrazi za Zlatnim runom; tijekom oluje blizanci su pomogli da se njihov brod ARGO spasi od potonuća, pa su zviježđa postala vrlo cijenjena od strane mornara.
Većina zvijezda poput Gem 37 grupirana je u mali broj spektralnih klasa, temeljeno otprilike na boji svjetlosti koju emitiraju. Nazvan katalog Henry Draper, zvjezdani skup navodi spektralne klase u sedam širokih kategorija, od najtoplijih do najhladnijih zvijezda. Ove vrste označene su s redom smanjenja temperature slovima O, B, A, F, G, K i M. Nomenklatura je ukorijenjena u davno zastarjelim idejama o evoluciji zvijezda, ali terminologija ostaje. Naše sunce, klasificirano na ljepši način kao tipični patuljak 'G2V', staro je oko 4,5 milijardi godina. Zvjezdana kandidatkinja, 37 Gem, slično je sredovječne dobi, ali nešto starija za milijardu godina, na 5,5 milijardi godina.
U spektrima zvijezda tipa G poput naše (i 37 Gem) dominiraju određeni kemijski elementi, na što ukazuju njihove karakteristične spektralne linije (ili emisije). Elementi koji su trenutno najzanimljiviji su metali, posebno za one zvijezde bogate željezom, kalcijem, natrijom, magnezijem i titanom. Astronomski gledano, u usporedbi s klasifikacijom našeg sunca kao tipičnog patuljka G2V, 37 Gem ima nešto topliju površinsku temperaturu. Tako je Turnbull-ov glavni izbor - 37 Gem - katalogiziran kao patuljak G0V, što znači da je i žuto-narančasta patuljasta zvijezda glavnog slijeda. Budući da su zvijezde G karakterizirane prisutnošću ovih metalnih linija i slabim spektrom vodika, one imaju zajedničku dob, masu i svjetlinu.
Inače, 37 Gem je blizu našeg solarnog blizanca, ili Blizančevog sličnog Suncu: 1,1 puta veće od mase našeg Sunca, 1,03 puta više od njegovog promjera i 1,25 puta veće od sjaja.
Svjetline su "možda najvažniji podaci", rekao je Turnbull za Astrobiology Magazine, "mi koristimo za određivanje staništa obližnjih zvijezda" za složen život, jer svjetlost ukazuje u kojoj fazi života je zvijezda, a to zauzvrat diktira koliko dugo zvijezda će ostati stabilna.
Časopis Astrobiologija imao je priliku razgovarati s Maggie Turnbullom u Steward Observatory u Tucsonu o tome kako odabrati zvjezdane kandidate za stanovanje.
Astrobiology Magazine (AM): Vaša nedavna anketa započela je sagledavanje oko 100 svjetlosnih godina udaljenih od našeg Sunca, i svih zvijezda prema tom radijusu, zar ne? To je bila vizualna sfera za pokretanje potrage?
Margaret Turnbull (MT): Unutar 30 parseka (90 svjetlosti) ima oko 2.350 zvijezda Hipparcosa
godina), maksimalna udaljenost za misiju Zemaljskog pretraživača planeta (TPF). Na toj udaljenosti ima oko 5000 ukupnih zvijezda, ali mi samo gledamo Hipparcosove zvijezde, tako da je moja početna lista dugačka 2.350 zvijezda.
AM: Jeste li ikada posegnuli u dvorišnom teleskopu da vidite 37 Gem?
MT: To bi svakako trebalo biti vidljivo teleskopom u dvorištu, ali ne, nisam to gledao vlastitim očima! Zbog fotometrije (mjerenja njezine svjetline) i spektroskopije (mjerenja sastava) koju sam pogledao, osjećam kao da ga "znam" a da ga nikada nisam vidio.
Međutim, treba još promatrati za 37 Gem. Na primjer, trebamo izvršiti infracrveno snimanje ove zvijezde visoke rezolucije prije nego što možemo reći da bi trebala biti meta - ako otkrijemo da okolo lebdi mnogo krhotina, morat ćemo ga ukloniti s popisa.
AM: Je li se zvijezda, 37 Gem, mnogo razlikovala od broja dva na listi trideset najboljih kandidata?
MT: Zapravo, "najbolje" zvijezde su vrlo slične jedna drugoj, a u stvarnosti nema smisla pokušati ih rangirati. 37 Gem je jedna od najbližih zvijezda koja također zadovoljava inženjerske kriterije, tako da u ovom trenutku izgleda kao vrlo dobar kandidat za pretragu TPF-a.
AM: Samo iz znatiželje, koja je zvijezda službeno bila broj dva na listi?
MT: Kad samo gledate u tridesetak zvijezda, sve je bolje da budu "broj jedna." Odnosno, svaka zvijezda koju promatramo mora biti od primarnog interesa za misiju, jer nemamo vremena za gubljenje. Još uvijek smo u procesu preciznog definiranja primarnog cilja misije.
Ako je cilj pogledati raspon spektralnih tipova, tada gornje zvijezde mogu uključivati vrlo bliske K ili M zvijezde, ali ako je cilj pogledati 30 zvijezda najsličnijih Suncu, onda zvijezde poput 18 Sco (solarna blizanac s 14 parseka u zviježđu Škorpion), beta CVn ("gonič") ili 51 Peg ("Pegasus", leteći konj) mogu biti najbolje oklade.
AM: Postoje li jedan ili dva dijela nedostajućih podataka koji bi pomogli klasifikaciji da bolje napreduje sa kandidatima za zvijezde?
MT: U ovom trenutku infracrveno snimanje visoke rezolucije nedostaje podatak koji nam definitivno trebaju. Moramo znati imaju li ove zvijezde prašnjave diskove od krhotina koje bi otežale otkrivanje planeta oko njih.
Sunce ima znatnu količinu zodijakalne prašine jer Jupiter neprestano uzburka asteroidni pojas i dok se asteroidi sudaraju dodaju prašinu Sunčevom sustavu.
Sličan nivo prašine oko drugih zvijezda možda nam ne uništava šanse da vidimo planete, ali mi bismo to svakako željeli svesti na minimum.
AM: Kakvi su vaši planovi za zvjezdani popis za podršku misijama zemaljskim planetima i Darwinom?
MT: Nisam još predstavio svoj 'konačni' popis znanstvenoj radnoj skupini TPF 18. i 19. studenog u američkoj pomorskoj opservatoriji, tijekom sastanka s drugima koji stvaraju vlastite popise.
Svoju sam metodologiju već predstavio grupi, ali sada ćemo se sastati s inženjerima koji će nam objasniti ograničenja instrumenta i morat ćemo daljnje usavršavanje popisa kako bismo udovoljili njihovim kriterijima.
Njihovi će kriteriji uključivati stvari poput: ne mogu imati pratiteljsku zvijezdu u roku od nekoliko arcsekundi, čak i ako pratitelj ne brine za stabilnost planeta, jer će dodatna svjetlost kontaminirati vidno polje; ne mogu gledati zvijezde slabije od približno 6. magnitude; mogu samo gledati zvijezde najmanje ~ 60 stupnjeva udaljene od Sunca tijekom cijele godine, itd.
AM: Objavili ste svoj prvi katalog useljivih zvijezda u kolovozu ove godine, a tu je i druga kategorija. Koji su glavni planovi za II dio HabCat-a?
MT: Jill Tarter i ja nedavno smo poslali drugi rad na ciljnom popisu SETI-ja koji će se pojaviti u Dopunama časopisa Astrofizički časopis u prosincu. Ovaj rad daje popis starih otvorenih klastera visoke metaliknosti, najbližih 100 zvijezda bez obzira na zvjezdani tip, i oko 250 000 zvijezda glavnog slijeda iz kataloga Tycho, a sve će to promatrati Allen teleskopski niz (ATA) kad god je HabCat zvijezda nije dostupna za promatranje.
Primarni snop ATA će biti usmjereni radioastronomima i oni će izrađivati vrlo velike rezolucije vlastitih ciljeva, dok ćemo istovremeno za SETI promatrati HabCat zvijezde (ili zvijezde s naših popisa u dokumentu 2).
AM: Konačno, planiraju li misije, Kepler i TPF, vrste poboljšanja koja bi omogućila otkrivanje više planeta veličine Zemlje, a ne samo plinskih divova, za određenu zvijezdu u njihovim istraživanjima?
MT: Da. Kepler će nam pokazati koliko su zemaljske planete promatrajući tisuće sunčevih zvijezda za "tranzite" - čak i tamo gdje planet zapravo prolazi ispred zvijezde u orbiti i privremeno blokira malo svjetlosti zvijezde.
Zemaljski pronalazač planeta pratit će to stvarnim snimanjem planeta u orbiti oko najbližih zvijezda i govoreći nam imaju li naši planeti atmosferu uzimajući spektre.
Možemo potražiti vodu, kisik i ugljični dioksid, a ako imamo sreće možda ćemo vidjeti i neke izravne indikacije života u obliku vegetacijskog potpisa ili jake atmosferske neravnoteže, poput istodobne prisutnosti kisika i metana (zbog istodobnoj prisutnosti biljaka i metanogenih bakterija na Zemlji).
Što je sljedeće
Svaka misija za otkrivanje i spektroskopsko karakteriziranje zemaljskih planeta oko drugih zvijezda mora biti osmišljena tako da može detektirati različite vrste zemaljskih planeta s korisnim ishodom. Takve se misije trenutno proučavaju - Zemaljski pronalazač planeta (TPF), NASA, a Darwin ESA, Europska svemirska agencija. Glavni cilj TPF / Darwin je pružanje podataka biolozima i kemičarima iz atmosfere.
TPF / Darwin koncept ovisi o pretpostavci da se može spektroskopski pregledati ekstrasolarni planeti. Da bi takva pretpostavka bila valjana, moramo odgovoriti na sljedeća pitanja. Zbog čega se planet može stanovati i kako se može studirati na daljinu? Koji su različiti učinci koje biota može imati na spektre planetarne atmosfere? Koje lažne pozitivne rezultate možemo očekivati? Koje su vjerojatno evolucijske povijesti atmosfere? A posebno, koji su snažni pokazatelji života?
TPF / Darwin moraju pregledati zvijezde u blizini planetarnih sustava koji uključuju planete zemaljske veličine u svojim naseljenim zonama (planete slične Zemlji). Spektroskopijom TPF / Darwin mora utvrditi da li ovi planeti imaju atmosferu i utvrditi da li mogu da ih stanuje.
Predviđena je i misija Kepler na solarnu orbitu u listopadu 2006. godine. Kepler je zamišljen kao misija za utvrđivanje frekvencije unutarnjih planeta u blizini naseljenog područja širokog raspona zvijezda. Kepler će istovremeno promatrati 100.000 zvijezda u našem galaktičkom "kvartu", tražeći planete veličine Zemlje ili veće planete unutar "naseljene zone" oko svake zvijezde - ne previše vruće, ne previše hladne zone u kojoj bi mogla postojati tekuća voda planeta.
Kako bi naglasio poteškoće u otkrivanju planeta veličine Zemlje u orbiti oko udaljene zvijezde, glavni Keplerov istražitelj William Borucki iz NASA Ames ističe da će trebati 10 000 Zemlja da bi pokrili Sunčev disk. Jedna NASA-ina procjena kaže da bi Kepler trebao otkriti 50 zemaljskih planeta ako se većina nađenih oko Zemljine veličine, 185 planeta ako je većina 30 posto veća od Zemlje i 640 ako je većina 2,2 puta veća od Zemljine veličine. Pored toga, očekuje se da će Kepler pronaći gotovo 900 divovskih planeta u blizini svojih zvijezda i oko 30 divova koji orbitiraju na udaljenosti poput Jupitera od matičnih zvijezda.
Budući da je većina planeta plinskih divova pronađena do sada u orbiti mnogo bliže svojim zvijezdama nego Jupiter Suncu, Borucki vjeruje da će Kepler tijekom četvero- šestogodišnje misije pronaći veliki udio planeta prilično blizu zvijezda. Ako se to pokaže istinitim, on kaže: "Očekujemo da nađemo tisuće planeta."
Pomoću sadašnjih metoda, astronomi bi danas imali vrlo teško otkriti planet veličine Zemlje oko zvijezde 37 Gem. Dosadašnje analize isključile su neke izbore. Na primjer, ogromna planeta poput našeg Jupitera ili Saturna ne orbitira oko 37 Gema. Ove studije sugeriraju da ogromni planeti od jedne desetine do 10 puta veće od Jupitera ne postoje blizu 37 Gema (unutar 0,1 do četiri astronomske jedinice ili jedna udaljenost zemlje-sunca, AU, vidi također Cummings et al, 1999) , Zbog izazova pronalaženja prigušenih planeta u blizini sjajnijih zvijezda, gotovo svi do sada pronađeni ekstrasolarni planeti su poput našeg vlastitog Jupitera - masivan, vjerojatno plinovit, i malo je vjerojatno da će stvoriti uvjete za život zahvaljujući neposrednoj blizini matične zvijezde ,
Ali uvjeti oko 37 Gema mogu podržavati manje, unutarnje planete poput Venere ili Zemlje. Nitko ne zna. Samo će buduća istraživanja imati instrumente koji će moći pronaći takve planete slične Zemlji.
Modeli zvijezda poput 37 Gema, međutim, podržavaju moguće postojanje barem jedne stabilne orbite za planet sličan Zemlji (s tekućom vodom) usredotočenom oko jedne udaljenosti zemlja-sunce (1,12 AU). Takav će pretpostavljeni planet orbitirati između udaljenosti Zemlje i Marsa u našem Sunčevom sustavu. Ovaj neotkriveni planet, ako se to otkrije u budućim studijama, imao bi godinu koja traje više od 450 dana, ili orbitalno razdoblje od oko 1,3 zemaljske godine.
Budući da je život na Zemlji za stvaranje kisika trajao oko dvije milijarde godina, zvijezde mnogo mlađe od ove vjerovatno ne bi imale dovoljno vremena da se život razvija prema bilo kojim složenim oblicima. S obzirom na milijarde godina potrebnih za evoluciju života na zemlji, znanstvenici bi mogli postaviti pitanje hoće li život imati šansu u sunčevom sustavu koji kraće živi. Vruće i masovnije zvijezde oduvijek su imale manje izgleda da žive u životu, ali ne zato što bi bile previse vruće. Planeti bi i dalje mogli uživati u umjerenom podneblju, tek dalje od Zemlje od Sunca i na orbiti udaljenijoj od vlastite matične zvijezde. Prvi problem stanovanja je vrijeme, a ne temperatura. Vruće zvijezde teže izgaraju brže - možda prebrzo da bi se život tamo razvio.
Izvorni izvor: Astrobiology Magazine
