Stellen Sie sich vor, Sie wandeln auf einem Planeten, der von einer roten Sonne beleuchtet wird. Hier gibt es keine Sonnenaufgänge oder Sonnenuntergänge.
Ein großer weißglühender Feuerball hängt ständig am Himmel. Die Schatten großer Steine, Hügel und Berge haben sich seit Jahrtausenden nicht verändert. Aber schnelle Wolken ziehen über den Himmel und bringen kalte, feuchte Luft aus der Hemisphäre, wo die ewige Nacht herrscht. Manchmal sind Windböen so stark, dass sie nicht nur einen klaffenden Astronauten, sondern auch schweres Gerät in die Luft heben können. Gibt es auf dieser Welt einen Platz für lebende Organismen? Oder sind die Planeten in der Nähe von roten Sternen leblose kosmische Körper mit höllischer Hitze auf der Tagesseite und heftiger Kälte auf der Nachtseite? Dies ist nicht das erste Mal, dass diese Frage in der wissenschaftlichen Gemeinschaft auftaucht, und dafür gibt es mehrere Gründe.
Finden Sie, was Sie nicht sehen können
Die Suche nach Exoplaneten ist eine ziemlich schwierige wissenschaftliche Aufgabe, da wir die meisten von ihnen nicht direkt mit einem Teleskop beobachten können. Es gibt einige Möglichkeiten, sie zu finden, aber am häufigsten werden in Nachrichtenberichten die Radialgeschwindigkeitsmethode (Doppler-Methode) und die Transitmethode erwähnt. Das Wesentliche des ersten ist, dass Wissenschaftler das Spektrum des Sterns untersuchen und versuchen, mithilfe des Doppler-Effekts Anzeichen für die Anwesenheit eines oder mehrerer Planeten zu erkennen. Tatsache ist, dass der Planet im Verlauf seiner Umlaufbahn auch einen Stern an sich zieht und ihn sozusagen zwingt, im Takt der Revolutionsperiode zu "wackeln". Die Amplitude solcher Wackelbewegungen hängt von der Masse des Planeten, der Entfernung zwischen dem Planeten und dem Stern sowie dem Winkel ab, in dem der Beobachter von der Erde in die Umlaufbahn des Planeten schaut. Wenn der Exoplanet massiv genug ist und nahe an seinem Stern umkreist,und seine Umlaufbahn ist vom Sonnensystem entfernt, die Chancen, es zu finden, sind hoch. Mit zunehmendem Radius der Umlaufbahn oder abnehmender Masse eines außerirdischen Planeten wird es jedoch immer schwieriger, ihn zu finden. Diese Methode ist also viel effektiver beim Auffinden schwerer Planeten in Umlaufbahnen in der Nähe des Sterns. Darüber hinaus bestimmt die Methode der Radialgeschwindigkeiten nur den niedrigstmöglichen Wert der Planetenmasse, da die Forscher durch Untersuchung der Verschiebung von Spektrallinien nicht herausfinden können, in welchem Winkel ein außerirdisches Sternensystem sichtbar ist. Auf diese Weise wurden die Planeten in der Nähe von Proxima Centauri und der Stern Gliese 581 entdeckt. Mit der Methode der Radialgeschwindigkeiten wird nur der niedrigstmögliche Wert der Planetenmasse bestimmt, da die Forscher durch Untersuchung der Verschiebung der Spektrallinien nicht herausfinden können, unter welchem Winkel ein außerirdisches Sternensystem sichtbar ist. Auf diese Weise wurden die Planeten bei Proxima Centauri und der Stern Gliese 581 entdeckt. Mit der Radialgeschwindigkeitsmethode wird nur der niedrigstmögliche Wert der Planetenmasse bestimmt, da die Forscher durch Untersuchung der Verschiebung der Spektrallinien nicht herausfinden können, unter welchem Winkel ein außerirdisches Sternensystem sichtbar ist. Auf diese Weise wurden die Planeten um Proxima Centauri und der Stern Gliese 581 entdeckt.
Um mit der zweiten Methode zu suchen, messen Wissenschaftler die Helligkeit des Sterns sehr genau und versuchen, den Moment zu finden, in dem der Exoplanet zwischen ihm und der Erde vorbeizieht. In diesem Moment wird die Helligkeit des Sterns leicht abnehmen und die Forscher werden in der Lage sein, einige Schlussfolgerungen über die Parameter des außerirdischen Sternensystems zu ziehen. Die Methode ist auch deshalb interessant, weil Sie in einigen Fällen einen Eindruck von der Atmosphäre des Exoplaneten bekommen. Tatsache ist, dass während des Transits das Licht eines Sterns durch die oberen Schichten der Atmosphäre fällt. Daher kann man bei der Analyse der Spektren versuchen, seine chemische Zusammensetzung zumindest grob abzuschätzen. Auf diese Weise entdeckten Astronomen beispielsweise Spuren von Sauerstoff und Kohlenstoff in der Atmosphäre des Planeten HD 209458b, besser bekannt als Osiris. Es ist zwar etwas einfacher, Osiris zu studieren, da es sich um einen riesigen Planeten handelt, der etwas weniger als Jupiter in der Masse ist, sich aber extrem nahe an seinem Stern befindet. Zu den Nachteilen der Transitmethode gehört die geringe Wahrscheinlichkeit, dass die Ebene der Umlaufbahn des Planeten direkt auf der Sichtlinie zwischen dem Sonnensystem und einem anderen Stern liegt. Die Wahrscheinlichkeit wird als Verhältnis des Radius des extrasolaren Planeten zum Radius des Sterns geschätzt. Darüber hinaus nimmt diese Wahrscheinlichkeit mit zunehmendem Orbitalradius und abnehmender Exoplanetengröße ab. Zum Beispiel beträgt die Wahrscheinlichkeit, unsere Erde von benachbarten Sternen durch die Transitmethode zu erfassen, nur 0,47%. Und selbst wenn sich herausstellt, dass sich die Umlaufbahnen der Erde und der Sonne in einem außerirdischen Beobachter auf derselben Sichtlinie befinden, garantiert dies keineswegs eine genaue Erkennung unseres Planeten. Für eine zuverlässige Bestätigung müsste der Durchgang der Erde über die Sonnenscheibe mehrmals bemerkt werden, um die Umdrehungsperiode genau zu bestimmen. Ein Teil dessen, was die Situation rettet, istdass eine große Anzahl von Sternen gleichzeitig mit der Transitmethode betrachtet werden kann. Zum Beispiel beobachtet das berühmte Kepler-Teleskop kontinuierlich etwa 100.000 Sterne. Die Transitmethode ist wie die Radialgeschwindigkeitsmethode empfindlicher gegenüber großen Planeten in engen Umlaufbahnen.
Exoplaneten, die durch die Transitmethode entdeckt wurden. Auf Jahre.
Natürlich gibt es neben radialen Geschwindigkeiten und Durchgängen verschiedene andere Methoden, mit denen extrasolare Planeten nachgewiesen werden können. Zum Beispiel gibt es Gravitationsmikrolinsen-Techniken, Astrometrie oder direkte optische Beobachtungen. Diese Methoden sind nur für Planeten effektiver, die sich in relativ großen Entfernungen von ihren Sternen befinden. Bisher sind alle diese Suchmethoden jedoch alles andere als effektiv, und die Anzahl der mit ihrer Hilfe entdeckten Planeten überschreitet nicht mehrere Dutzend.
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Gravitationslinse.
Plötzliche Helden
Natürlich möchten viele einen Planeten finden, der für das Leben geeignet ist, "die zweite Erde", wie es einige Journalisten nannten. Wir haben jedoch nur ein bekanntes Beispiel für den Ursprung des Lebens auf dem Planeten - unsere eigene Erde. Um die Formulierung des Problems zu vereinfachen, führten die Wissenschaftler das Konzept der sogenannten "bewohnbaren Zone" oder "Goldlöckchen-Zone" ein. Dies ist der Raumbereich um den Stern, in dem die empfangene Energiemenge für das Vorhandensein von flüssigem Wasser auf der Oberfläche ausreicht. Natürlich berücksichtigt ein solches Konzept beispielsweise nicht das Reflexionsvermögen eines Exoplaneten, die Zusammensetzung der Atmosphäre, die Neigung der Achse usw., aber es ermöglicht uns, die Prävalenz von Raumkörpern, die für uns von Interesse sind, grob abzuschätzen. Der Name "Goldlöckchen-Zone" ist mit der Geschichte der drei Bären (ursprünglich "Goldlöckchen und die drei Bären") verbunden, in der sich ein Mädchen im Haus der drei Bären befindet.versucht sich dort wohl zu fühlen: er schmeckt Brei aus verschiedenen Schalen und liegt auf verschiedenen Betten. Und der erste Stern, der einen Planeten in der bewohnbaren Zone fand, war Gliese 581. Zwei Planeten gleichzeitig, Gliese 581 c und d, an der warmen und kalten Grenze der bewohnbaren Zone, wurden mit der Radialgeschwindigkeitsmethode auf dem HARPS-Spektrographen des La Silla-Observatoriums in Chile entdeckt. Gemessen an der Untergrenze ihrer möglichen Massen (5,5 bzw. 7 Erdmassen) können dies außerdem felsige Körper sein. Gemessen an der Untergrenze ihrer möglichen Massen (5,5 bzw. 7 Erdmassen) können dies durchaus felsige Körper sein. Gemessen an der Untergrenze ihrer möglichen Massen (5,5 bzw. 7 Erdmassen) können dies durchaus felsige Körper sein.
Später, im Jahr 2010, kündigten Wissenschaftler der University of California, Santa Cruz und der Carnegie Institution in Washington die Entdeckung des Planeten Gliese 581 g an, der sich mitten in der bewohnbaren Zone befindet. Der Planet erhielt sogar einen inoffiziellen Namen - Zarmina - zu Ehren der Frau des Leiters der Exoplaneten-Suchgruppe Stephen Vogt. Die Entdeckung erschütterte die Öffentlichkeit. Das Sternensystem erschien nun ständig in den Nachrichten der "gelben" Zeitungen und auf den Seiten der Science-Fiction. Vom Planeten Gliese 581 g kamen böse Außerirdische an, die im Film "Sea Battle" von 2012 die Erde angriffen. Andere wissenschaftliche Gruppen bestätigten jedoch nicht die Entdeckung von Gliese 581 g, was die Ergebnisse eher durch einen Fehler bei der Verarbeitung von Beobachtungen und der Aktivität des Sterns selbst erklärte. Die Streitigkeiten zwischen der Vogt-Gruppe und anderen "Exoplaneten" dauerten mehrere Jahre und endeten nicht zu seinen Gunsten. Zarmina existierte höchstwahrscheinlich nur in der Vorstellung von Forschern.
Aber neue Entdeckungen ließen nicht lange auf sich warten. Mit dem Aufkommen des Kepler-Teleskops regneten die Planeten in der bewohnbaren Zone nacheinander nieder. Kepler-186f, Kepler-438b, Kepler-296e, Kepler-442b und viele andere Exoplaneten wurden während des Betriebs dieses Weltraumteleskops entdeckt. Es stellte sich jedoch heraus, dass die überwiegende Mehrheit von ihnen eine gemeinsame Eigenschaft hat - sie drehen sich alle um rote Zwerge. Rote Zwerge sind massearme und kühle Sterne mit Oberflächentemperaturen um 3500K. Dies ist nicht viel höher als die Temperatur der Filamentspule. Solche Sterne leuchten schwach, leben aber lange, da sie sehr langsam Wasserstoffreserven verbrauchen. Ein roter Zwerg mit einer Masse, die zehnmal weniger als die Sonne ist, wird theoretisch Billionen von Jahren leuchten, was viele Größenordnungen größer ist als das Alter des Universums. Apropos,Die kürzlich entdeckten Planeten Proxima b und TRAPPIST-1 umkreisen ebenfalls ähnliche dunkle Sterne. Proxima b ist der uns am nächsten gelegene Exoplanet und befindet sich in der bewohnbaren Zone. Höchstwahrscheinlich handelt es sich um einen felsigen Körper, was bedeutet, dass die Existenz von Meeren und Ozeanen dort in Gegenwart einer Atmosphäre nicht ausgeschlossen ist. Der Planet wurde zwar mit der Radialgeschwindigkeitsmethode entdeckt, daher kennen wir den genauen Wert seiner Masse und Dichte noch nicht. Nun, der TRAPPIST-1-Stern hat mehrere Planeten gleichzeitig, theoretisch können Bedingungen für die Existenz von flüssigem Wasser auf der Oberfläche vorliegen. Tatsächlich bedeutet eine solche Fülle von Planeten in der Lebenszone der Roten Zwerge überhaupt nicht, dass sie dort häufiger auftreten als beispielsweise in gelben Sternen. Da Sterne mit späten Spektraltypen (kühl und rot) manchmal 10.000-mal weniger Energie abgeben als die Sonne,Die Lebensraumzone liegt viel näher an ihnen. Und hier beginnt bereits eine Auswahl von Methoden zur Suche nach extrasolaren Planeten. Wenn die "Goldlöckchen-Zone" näher am Stern liegt, ist es einfacher, Exoplaneten darin zu finden. Darüber hinaus wird angenommen, dass rote Zwerge die häufigste Art der Sternpopulation sind, und es gibt ungefähr 70% von ihnen in unserer Galaxie. Es stellt sich heraus, dass wir sie viel öfter öffnen werden.
TRAPPIST-1 aus Sicht des Künstlers während des Transits von zwei der sieben bekannten Planeten.
Welten unter der roten Sonne
Nach den ersten Veröffentlichungen über die Entdeckung von Planeten in der Nähe von Gliese 581 kam es in der wissenschaftlichen Gemeinschaft zu einem Streit über ihre mögliche Bewohnbarkeit. Wenn Leben um rote Sterne entstehen und sich entwickeln könnte, würde dies seine Verbreitung im Universum ernsthaft erhöhen. Darüber hinaus könnte die Biosphäre auf Planeten unter der roten Sonne viel länger existieren als die terrestrische, was bedeutet, dass es mehr Chancen gibt, sich zu entwickeln, bevor eine intelligente Spezies auftaucht. Schließlich kann sogar unser Stern, der scheinbar ein so stabiler Stern ist, in 1 Milliarde Jahren so hell werden, dass sich die Erdoberfläche in eine Wüste verwandelt. Das Leben wird sicherlich unter der Oberfläche überleben, aber es wird eher überleben als sich entwickeln. Aber der rote Hundertjährige könnte seine Biosphäre für zehn, wenn nicht Hunderte von Milliarden Jahren unterstützen. Es ist eine verlockende Idee, aber die Forschung zeigtdass bei roten Zwergen alles alles andere als einfach ist. Und damit das Leben in einem solchen Sternensystem entstehen und sich entwickeln kann, muss es viele sehr ernste Probleme überwinden.
Gezeitengriff
Wenn wir auf den Mond schauen, sehen wir immer das gleiche Muster der Meere - dunkle Flecken auf der Oberfläche unseres Satelliten. Dies geschieht, weil sich die Erde und ihr Satellit synchron drehen und der Mond eine Umdrehung um seine Achse macht, während er die Erde umrundet. Und das ist kein Zufall. Seine Rotation um die Achse wurde durch Gezeitenkräfte von unserem Planeten aufgehoben. Und dieses Bild ist im Sonnensystem sehr verbreitet. Mars-Satelliten und Riesenplaneten, das Pluto-Charon-System - es kann lange dauern, kosmische Körper mit synchroner Rotation aufzuzählen. Auch Merkur, der auf den ersten Blick diesem Prinzip nicht folgt, befindet sich in Orbitalresonanz. Sternentage dort dauern 58,65 Erdentage, und der Planet macht in 88 Tagen eine Revolution um die Sonne. Das heißt, der Tag des Merkur dauert 2/3 seines Jahres. Übrigens wegen dieses Effekts,Neben einer ziemlich langgestreckten Umlaufbahn des Planeten gibt es Momente am Firmament des Merkur, in denen die Bewegung der Sonne über den Himmel plötzlich aufhört und dann in die entgegengesetzte Richtung geht.
Vergleichsgrößen der terrestrischen Planeten (von links nach rechts: Merkur, Venus, Erde, Mars).
Berechnungen zeigen, dass höchstwahrscheinlich alle Planeten in der bewohnbaren Zone der Roten Zwerge dem Stern immer mit einer Halbkugel zugewandt sind. Bestenfalls ist eine Resonanz wie die Rotation von Quecksilber möglich. Lange Zeit glaubte man, dass unter solchen Bedingungen eine Hemisphäre unter ständigen direkten Strahlen der Leuchte glühend heiß sein würde und die andere das Königreich der ewigen Kälte sein würde. Auf der Nachtseite können sogar einige atmosphärische Gase gefrieren. Ein Modell der Atmosphäre erdähnlicher Planeten, das von Gezeitenkräften erfasst wurde und 2010 von Wissenschaftlern des California Institute of Technology erstellt wurde, zeigt jedoch, dass selbst bei einer langsamen Drehung der Lufthülle die Wärme sehr effizient auf die Nachtseite übertragen wird. Infolgedessen sollte die Temperatur der Nachtseite nicht unter 240 K (-33Co) fallen. Und auch ziemlich starke Winde sollten auf einem solchen Planeten laufen. Nach den von Ludmila Karone und ihren Kollegen an der Katholischen Universität Leuven entwickelten Atmosphärenmodellen sollte in der oberen Atmosphäre ein Superrotationseffekt auftreten. Ein sehr schneller Wind zirkuliert ständig entlang des Äquators eines solchen Planeten, dessen Geschwindigkeit 300 km / h und noch höher erreicht. Flugreisen in einer solchen Welt wären ein sehr riskantes Geschäft.
Eine weitere 3D-Simulation, die von einem Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Manoja Joshi durchgeführt wurde, zeigte, dass nur 10% des Drucks der Erdatmosphäre ausreichen, um Wärme effektiv auf die Nachtseite des Planeten zu übertragen. Aus diesem Modell folgt auch, dass es am Sonnenblumenpunkt des Planeten (der Region, die dem Stern am nächsten liegt) keine verbrannte Wüste gibt, sondern einen riesigen atmosphärischen Wirbelsturm - einen ewigen Hurrikan, der sich nicht bewegt, sondern an einem Ort steht. Diese Daten wurden vom National Geographic Channel bei der Erstellung der dokumentarischen Miniserie Aurelia and the Blue Moon verwendet, in der Joshi selbst als Berater fungierte. Für die Entwicklung des Lebens reicht zwar nur eine angenehme Temperatur aus. Weitere Untersuchungen haben gezeigt, dass, wenn der Exoplanet keine sehr große Wasserversorgung hat, das Risiko besteht, dassdass sich das meiste davon mit den Winden auf die Nachtseite bewegt und dort gefriert. Allmählich werden sich die Eismassen von der Nachtseite zurückbewegen, dennoch besteht die Gefahr, dass der Planet zu einer trockenen Wüste wird. Wie schnell Feuchtigkeit zur und von der Nachtseite transportiert wird, hängt von vielen Faktoren ab, einschließlich der Konfiguration der Kontinente, der chemischen Zusammensetzung und Dichte der Atmosphäre usw. Gleichzeitig bleibt ein ausreichend tiefer Ozean unter dem Eis flüssig, wodurch auch sein vollständiges Einfrieren verhindert wird. Übrigens zeigt die Modellierung des Entstehungsprozesses erdähnlicher Planeten in roten Zwergen im Vergleich zur Erde nur einen viel höheren Wassergehalt. Die in Astronomy and Astrophysics veröffentlichten Arbeiten von Yann Alibert und Willie Benz zeigendass in einigen Fällen der Anteil an H2O bis zu 10 Gew.-% betragen kann. Interessanterweise besteht, wenn die Planeten im Gegenteil eine dichte Atmosphäre haben, die Möglichkeit, die Gezeitenerfassung zu überwinden. Der Moment der Rotation der dichten Atmosphäre wird auf den Planeten übertragen, wodurch sich Tag und Nacht wieder auf dem Planeten ändern können. Es stimmt, diese Tage und Nächte können ziemlich lange dauern.
Ein Standbild aus dem National Life Geographic Channel Film Leben in anderen Welten. Blauer Mond.
Variabilität
Ein weiteres, noch schwerwiegenderes Problem ist, dass rote Zwerge oft sehr turbulente Objekte sind. Die meisten von ihnen sind variable Sterne, dh Sterne, die ihre Leuchtkraft aufgrund einiger physikalischer Prozesse in oder in ihrer Nähe ändern. Zum Beispiel zeigen diese Sterne ziemlich oft Variabilität vom Typ BY Dragon. Helligkeitsschwankungen bei dieser Art von Aktivität sind mit der Rotation des Sterns um seine Achse verbunden, da seine Oberfläche ähnlich wie die Sonne mit einer großen Anzahl von Flecken bedeckt ist. Sonnenflecken sind Bereiche, in denen starke (bis zu mehreren tausend Gauß) Magnetfelder in die Photosphäre eintreten, die die Wärmeübertragung von tieferen Schichten verhindern. Somit ist die Temperatur an den Punkten niedriger als die der umgebenden Photosphäre, wodurch sie in einem Teleskop mit einem Lichtfilter dunkler erscheinen.
Sonnenähnliche Flecken sind auch auf roten Zwergen vorhanden, nehmen jedoch eine viel größere Fläche ein. Infolgedessen kann sich die Helligkeit des Sterns in kurzer Zeit um 40% ändern, was sich wahrscheinlich negativ auf das hypothetische Leben auswirkt.
Eine viel gefährlichere Eigenschaft der roten Sterne ist jedoch ihre Fackelaktivität. Ein erheblicher Anteil der Roten Zwerge sind variable Sterne vom Typ UV Ceti. Dies sind Leuchtsterne, die im Moment eines Ausbruchs ihre Leuchtkraft um ein Vielfaches erhöhen und im Bereich von Radio bis Röntgen liegen. Die Fackeln selbst können von Minuten bis zu mehreren Stunden und das Intervall zwischen ihnen von einer Stunde bis zu mehreren Tagen dauern. Wissenschaftler glauben, dass die Natur dieser Fackeln die gleiche ist wie die der Fackeln auf der Sonne, aber die Kraft ist viel höher. Neben einer Erhöhung der Leuchtkraft in allen Bereichen werden im Moment eines Blitzes geladene Teilchen emittiert, die zum Verlust der Atmosphäre beitragen, insbesondere von leichten Elementen wie Wasserstoff. Der berühmte Proxima Centauri gehört ebenfalls zu den variablen Sternen des UV-Ceti-Typs. Aber was sagt die wissenschaftliche Forschung über die Fähigkeit, einer solch feindlichen Umgebung standzuhalten?
Proxima Centauri, Hubble-Teleskop.
Laut einigen Astrophysikern - zum Beispiel nach Angaben des Popularisierers der Wissenschaft und des Astronomen der University of Southern Illinois, Pamela Gay - sind die meisten roten Zwerge in den ersten 1,2 Milliarden Lebensjahren aktiv, danach nehmen sowohl die Häufigkeit als auch die Intensität der Fackeln ab. Theoretisch könnte sich bei teilweiser Erhaltung oder Wiedererscheinung der Atmosphäre die Biosphäre zu entwickeln beginnen, nachdem der Stern das aktive Stadium der Evolution durchlaufen hat. Aber nicht alle Wissenschaftler sind der Meinung über die kurze Phase der aktiven Phase. Nikolai Samus, ein führender Forscher an der Abteilung für nichtstationäre Sterne und Sternspektroskopie am Institut für Astronomie der Russischen Akademie der Wissenschaften, erklärte gegenüber Naked Science: „Flare-Aktivitäten sind bei roten Zwergen sehr häufig. Es sollte mit dem Alter verblassenAber rote Zwerge sehr später Klassen und sehr geringer Leuchtkraft „altern“so lange, dass alle tatsächlich beobachteten als jung angesehen werden können. Insgesamt sind mindestens ein Viertel der M Zwerge Ich (aktive Zwerge mit starken spektralen Emissionslinien - Hrsg.), Und fast alle von ihnen weisen entweder eine Variabilität von Sonnenflecken oder Fackeln oder beides auf. In den späteren Unterklassen von M sind bis zu 100% der Sterne variabel. “Das Alter dieses Proxima Centauri beträgt übrigens fast 5 Milliarden Jahre, aber der Stern bleibt sehr aktiv und zeigt regelmäßig starke Fackeln.oder beide Variabilität gleichzeitig. In den späteren Unterklassen von M sind bis zu 100% der Sterne variabel. “Das Alter dieses Proxima Centauri beträgt übrigens fast 5 Milliarden Jahre, aber der Stern bleibt sehr aktiv und zeigt regelmäßig starke Fackeln.oder beide Variabilität gleichzeitig. In den späteren Unterklassen von M sind bis zu 100% der Sterne variabel. “Das Alter dieses Proxima Centauri beträgt übrigens fast 5 Milliarden Jahre, aber der Stern bleibt sehr aktiv und zeigt regelmäßig starke Fackeln.
Die Situation wird teilweise durch das Magnetfeld des Planeten gerettet. Berechnungen zeigen, dass selbst die langsame Rotation von in Gezeiten eingeschlossenen Planeten ausreicht, um ein Magnetfeld zu erzeugen, solange der innere Teil des Planeten geschmolzen bleibt. Die vom Astrophysiker Jorge Zuluaga und seinen Kollegen durchgeführte Modellierung der atmosphärischen Verlustrate zeigte jedoch, dass der Planet, selbst wenn er ein starkes Magnetfeld hat, seine Atmosphäre aufgrund der Wechselwirkung mit Materie, die während des Flares ausgestoßen wird, ziemlich intensiv verliert. Laut dieser Studie ist die Situation in Supererden mit einer Masse von 3 oder mehr der Masse der Erde etwas besser, aber selbst dort sind die Verluste erheblich. Nach diesem Modell hätte der Exoplanet Gliese 667Cc seine Atmosphäre vollständig verlieren sollen, Gliese 581d und HD 85512b sollten sie jedoch beibehalten haben. Interessant,Dass frühere Modelle, zum Beispiel die in der Zeitschrift Astrobiology veröffentlichte Studie von Maxim Krodachenko und seinen Kollegen, im Gegenteil sehr schwache Magnetfelder des Planeten vorhersagten, die die Atmosphäre nicht vor starken Emissionen von Sternmaterie schützen konnten.
Planet HD 85512 b aus Sicht des Künstlers
Gegenwärtig wird die Forschung an roten Zwergen durch die Tatsache erschwert, dass es sich um eher schwache Sterne handelt, die in großen Entfernungen schwer zu untersuchen sind. Die Frage bleibt noch zu beantworten, welcher Anteil dieser Sterne Milliarden von Jahren aktiv bleibt und wovon er abhängt. Sowohl Proxima Centauri als auch Gliese 581 und sogar der jüngste Held der Nachrichtenberichte TRAPPIST-1 zeigen Fackelaktivität, was bedeutet, dass die Atmosphären der Planeten sowohl mit ultraviolettem Licht als auch mit einem Strom geladener Teilchen bestrahlt werden. Die Modelle zeigen grundsätzlich die Möglichkeit, die Atmosphäre auch unter solch rauen Bedingungen zu erhalten, aber die Frage nach der Möglichkeit der Existenz der Biosphäre ist noch offen. Übrigens veröffentlichte Jorge Zuluaga bereits Anfang 2017 einen Artikel, in dem er die Möglichkeit von Proxima Centauri b zeigte, ein starkes Magnetfeld zu haben.
Das Gliese 581-System aus Sicht des Künstlers.
Biosphäre
Aber sagen wir, auf dem Planeten sind trotz aller Schwierigkeiten primitive Lebensformen aufgetaucht. Auf der Erde ist die Photosynthese die Energiebasis aller Lebewesen, mit Ausnahme von Bakterien, die sich von anorganischen Substanzen wie Schwefelbakterien ernähren. Der größte Teil des Luftsauerstoffs ist ein Nebenprodukt der Photosynthese. Kann die Photosynthese jedoch das Licht der roten Sonne nutzen? Es gibt verschiedene Formen von Chlorophyll, die Licht aus verschiedenen Teilen des Spektrums verwenden. Dies sind hauptsächlich Chlorophylle a und b, die sich in den absorbierten Frequenzen geringfügig unterscheiden. Das meiste Chlorophyll höherer Pflanzen absorbiert den blauen und roten Teil des Sonnenspektrums und lässt die Blätter grün erscheinen. Abhängig von den Lichtverhältnissen kann das Verhältnis zwischen den beiden Arten von Chlorophyll und seiner Konzentration variieren. Beispielsweise kann in schattenliebenden Pflanzen der Chlorophyllgehalt 5-10 mal höher sein,als Pflanzen, die helles Licht lieben. Eine interessante Anpassung besteht bei Rotalgen, die dank zusätzlicher Pigmente Licht aus fast dem gesamten sichtbaren Teil des Spektrums absorbieren können.
Im Jahr 2014 wurde ein schattentoleranter Stamm der Cyanobakterien Leptolyngbya JSC-1 entdeckt, der in heißen Quellen lebt. Diese Bakterien können nahes Infrarotlicht (700 bis 800 nm) verwenden. Interessanterweise kann dieses Cyanobakterium beim Eintritt in einen stärker beleuchteten Bereich den Photosynthesemechanismus wieder aufbauen. Es gibt auch ermutigende Informationen vom Meeresboden. Ein weiteres internationales Team von Biologen hat das Schwefelbakterium GSB1, das Chlorophyll enthält, in der Nähe einer Tiefsee-Thermalquelle vor der Küste Costa Ricas entdeckt. Da das Sonnenlicht nicht bis zu einer Tiefe von 2,4 km eindringt, stellten die Forscher die Hypothese auf, dass die Schwefelbakterien eine Infrarotlichtquelle verwenden, die von heißen hydrothermalen Quellen (~ 750 nm) emittiert wird. Die Studie wurde in der Zeitschrift Proceedings der National Academy of Sciences veröffentlicht. Auf diese Weise,hypothetische Lebensformen eines Roten Zwergs sollten nicht verhungern.
Die Laubfarbe von photosynthetischen Pflanzen ist auf die hohe Konzentration an Chlorophyll zurückzuführen
Was kommt als nächstes?
Derzeit sind Computersimulationen möglicherweise die einzige Möglichkeit, die Bedingungen auf der Oberfläche eines Exoplaneten in der Nähe eines Roten Zwergs zu bewerten. Die Beobachtungstechnologie ist noch nicht in der Lage, die chemische Zusammensetzung zu spezifizieren, geschweige denn Details auf der Oberfläche zu unterscheiden. Die Simulationsergebnisse hängen jedoch von vielen Faktoren ab, und manchmal ergeben die Berechnungen verschiedener wissenschaftlicher Gruppen fast entgegengesetzte Ergebnisse. Neue Teleskope werden helfen, die Frage nach der Lebensfähigkeit der Roten Zwerge endlich zu verstehen. Im Jahr 2020 ist der Start des James Webb-Weltraumteleskops geplant. Es wird angenommen, dass er spektroskopische Untersuchungen der Atmosphäre einiger Exoplaneten durchführen kann. Ebenfalls in der Atacama-Wüste in Chile wird bereits das E-ELT (European Extremely Large Telescope) gebaut, dessen Durchmesser des Hauptspiegels fast 40 Meter betragen wird. In weiter entfernten Projekten werden mehrere Weltraumteleskope gestartet, die im Interferometermodus arbeiten können und gleichzeitig eine ultrarote Auflösung erzielen. In jüngster Zeit hat ein noch extravaganteres Projekt in der wissenschaftlichen Gemeinschaft an Popularität gewonnen - die Beobachtung eines Exoplaneten mit einer Gravitationslinse von der Sonne. Das Wesentliche der Methode ist, dass ein kleines Teleskop in einer Entfernung von 547 astronomischen Einheiten von der Sonne zu seinem sogenannten Gravitationsfokus gesendet wird. Gravitationslinsen sind der Prozess des Biegens elektromagnetischer Strahlung durch das Gravitationsfeld eines schweren Objekts, genau wie eine herkömmliche Linse einen Lichtstrahl biegt. Tatsächlich wird die Menschheit ein riesiges Teleskop mit der Sonne als Ziel erhalten, mit dessen Hilfe beispielsweise das Relief, die Umrisse der Kontinente und die Wolkendecke entfernter Exoplaneten sichtbar werden. Planeten des TRAPPIST-1-Systems oder Proxima b. Ein solches "Gravitationsteleskop" hat eine 1011-fache Vergrößerung, ähnlich einem bodengestützten Instrument mit einem Durchmesser von 80 km.
Vyacheslav Avdeev
