In jüngerer Zeit haben wir die Entdeckung von Proxima b kommentiert, einem Planeten, der zu einer Kirsche auf einem exoplanetaren Kuchen geworden ist. Und am 22. Februar 2017 wurde mit Fanfare die Entdeckung von drei Planeten gleichzeitig in der bewohnbaren Zone eines anderen roten Zwergs angekündigt - TRAPPIST-1. Dieses System ist fast zehnmal weiter entfernt als Proxima Centauri, aber es gibt mindestens zwei Umstände, unter denen der Fund in den letzten Monaten die zweite Kirsche auf dem Kuchen ist. Das:
- Es gibt drei Planeten gleichzeitig in der bewohnbaren Zone. Dies erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass mindestens einer von ihnen für das Leben geeignet ist.
- Diese Planeten sind im Gegensatz zu Proxima b vergänglich, dh sie passieren die Scheibe des Sterns für einen irdischen Beobachter, was die Beobachtung ihrer Atmosphäre erheblich erleichtert.
Ein paar Worte zur Geschichte der Empfindung. Das System wurde 2015 vom kleinen belgischen Teleskop TRAPPIST entdeckt. Der Name - Transiting Planets und Planetesimals Small Telescope South - ist auf die belgische Biermarke zugeschnitten. Das Teleskop befindet sich in Chile am La Silla Observatorium des European Southern Observatory.
Mit seiner Hilfe wurden drei Transitplaneten in der Nähe des kalten roten Zwergs 2MASS J23062928-0502285 [1] entdeckt, der den zweiten, menschlicheren Namen TRAPPIST-1 erhielt - dies war das erste Planetensystem, das von diesem Teleskop entdeckt wurde. Dann wurde das System vom europäischen VLT-Teleskop (Very Large Telescope) beobachtet, und schließlich wurde das System dank der Daten des NASA-Spitzer-Infrarot-Weltraumteleskops „entwirrt“und es wurde festgestellt, dass es sieben Planeten gibt. Der letzte Schritt war die NASA-Pressekonferenz am 22. Februar.
Zahl: 1. Lichtkurve des TRAPPIST-1-Sterns während der 20-tägigen Sitzung des Spitzer-Weltraumteleskops. Grüne Punkte - Beobachtungen mit bodengestützten Teleskopen. Vertikal - die Leuchtkraft des Sterns im Moment im Verhältnis zur durchschnittlichen Leuchtkraft. Die Diamanten markieren die Transite bestimmter Planeten. Die nach oben gerichteten Auswürfe von Punkten sind höchstwahrscheinlich Sternfackeln. Es gibt nur einen Transit des Planeten h. Seine Periode und sein Umlaufradius werden aus der Dauer eines einzelnen Transits geschätzt (siehe Abb. 2).
Zahl: 2. Lichtkurven des Sterns während der Transite jedes der sieben Planeten
Werbevideo:
Die bewohnbare Zone umfasst die Planeten e, f, g, obwohl der Planet d auf den ersten Blick besser für die Heizintensität geeignet ist als g. Dies erfordert eine recht komplexe Diskussion mit Schätzungen des möglichen Treibhauseffekts, einschließlich vieler Unsicherheiten. Natürlich ist das Konzept einer bewohnbaren Zone sehr willkürlich.
Unabhängig davon, wie wir die bewohnbare Zone definieren, gibt es ernsthafte Probleme mit der tatsächlichen Eignung jedes dieser Planeten für das Leben. Gleiche Probleme wie Proxima b. Sie sind mit der Natur der Roten Zwerge verbunden.
1. Dies sind Sterne mit sehr heftiger magnetischer Aktivität. Sie haben eine dicke Konvektionsschicht. Im Gegensatz zur Sonne, wo Wärme hauptsächlich durch Diffusion von Photonen nach außen übertragen wird, herrscht dort Konvektion. Die Sonne hat auch Konvektion, weshalb Flecken, Fackeln, Vorsprünge und auf der Erde magnetische Stürme und Auroren auftreten. Dort sind all diese Phänomene viel intensiver.
2. Die Leuchtkraft dieser Sterne zu Beginn ihrer Biografie ändert sich stark. In den ersten Millionen von Jahren leuchten sie zehn- oder sogar hundertmal heller als im stationären Zustand.
3. Die bewohnbare Zone der Roten Zwerge befindet sich so nahe am Stern, dass die Planeten in einen Gezeitenschluss geraten: Entweder stehen sie dem Stern immer mit einer Seite gegenüber, oder der Tag ist länger als ihr Jahr (für das TRAPPIST-1-System ist die erste Option wahrscheinlicher).
Was zu tun ist, zum zweiten Mal in weniger als einem Jahr lässt uns die Natur nur solche nicht sehr ermutigenden Planetensysteme fallen. Dies ist nicht überraschend - sie sind mit der spektrometrischen Methode viel einfacher zu finden (es ist unmöglich, die Erde in der Nähe der Sonne auf diese Weise zu erfassen), sie erweisen sich eher als vorübergehend und die Transite sind kontrastreicher, schließlich gibt es mehr rote Zwerge als gelbe und orangefarbene.
Zahl: 3. Gleichzeitiger Transit von drei Planeten. Lichtkurve aufgenommen am 11. Dezember 2015 mit dem europäischen Teleskop VLT
Also die Daten auf dem TRAPPIST-1-System gefunden (wir präsentieren keine Fehler).
| Planet | Umlaufradius | Zeitraum | Planetenradius | Heizintensität (in terrestrischen Einheiten) |
| b | AU 0,011 | 1,51 Tage | 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 |
Stern. Masse - 0,08 Solar, Radius -0,117 Solar, Leuchtkraft - 0,5103 Solar, Temperatur 2550K
Es war möglich, die Massen der Planeten grob abzuschätzen - aufgrund ihrer Wechselwirkung sind die Transite zeitlich leicht verschoben. Fehler bei der Bestimmung der Masse sind groß, aber wir können bereits schließen, dass die Dichte der Planeten der Gesteinsfüllung entspricht.
Natürlich werden in absehbarer Zeit erdähnliche Planeten in der Nähe sonnenähnlicher Sterne zu finden sein. Tatsächlich wurden bereits mehrere solcher Planeten in den Kepler-Daten gefunden, nur sind sie sehr weit entfernt. Es reicht aus, mehrere hundert helle Sterne über dem Himmel zu beobachten (was in den kommenden Jahren geplant ist), und solche Planeten werden innerhalb von hundert Lichtjahren entdeckt (und wenn Sie Glück haben, noch näher).
Tatsächlich befinden sich komfortable Planeten in der Nähe von bequemen Sternen innerhalb von 15 bis 20 Lichtjahren (dies folgt aus den von Kepler erhaltenen Statistiken), aber um sie zu entdecken, werden Weltrauminterferometer benötigt, die nicht bald erscheinen werden (siehe [2]).
Die Hoffnung, dass mindestens einer der Planeten für das Leben geeignet ist, bleibt bestehen. Sie konnten anfangs viel Wasser haben - sie konnten sich nicht dort bilden, wo sie jetzt sind, und mussten von der Peripherie der protoplanetaren Scheibe zum Stern wandern - wegen der Schneegrenze, wo es viele Eiskörper gibt. Es stimmt, sie wanderten zurück in die Zeit, als der Stern viel heller war. Schätzungen für Proxima b zeigen jedoch, dass die Hydrosphären von Planeten eine sengende Hitze von mehreren zehn Millionen Jahren überleben könnten.
Gezeitenschluss ist nicht tödlich, wenn der Planet eine dicke Atmosphäre und einen globalen Ozean hat - dann kann die Wärmeübertragung den Temperaturunterschied zwischen der Tag- und der Nachthalbkugel ausgleichen.
Ein ernsthafteres Problem ist das Wegblasen der Atmosphäre durch Sternwind und harte Strahlung. Bei der Pressekonferenz wurde gesagt, dass der Stern jetzt ruhig ist. Dies gilt, wenn wir Wärmestrahlung, aber keine Röntgenstrahlung meinen: TRAPPIST-1 - direkt vom XMM-Weltraumobservatorium gemessen - sendet ungefähr die gleiche Menge an Röntgenstrahlen aus wie die Sonne. Da die Planeten dem Stern Dutzende Male näher sind als die Erde der Sonne, ist ihre Röntgenstrahlung drei Größenordnungen höher als die der Erde.
Röntgenstrahlen stellen keine direkte Bedrohung für das Leben dar - sie werden von der Atmosphäre absorbiert. Das Problem liegt in der Dehydration des Planeten: Röntgenstrahlen und hartes ultraviolettes Licht brechen Wassermoleküle auf - Wasserstoff verdunstet leicht, Sauerstoff bindet. Schlimmer noch, da es intensive Röntgenstrahlen gibt, muss es einen intensiven Sternwind geben - er entfernt die äußeren Schichten der Atmosphäre. Die einzige Rettung in diesem Fall ist das Magnetfeld des Planeten. Ob diese Planeten ein ausreichend starkes Feld haben, ist eine Frage. Vielleicht gibt es.
Es bleibt also die Hoffnung, dass einige der Planeten des TRAPPIST-1-Systems für das Leben geeignet sind. Kann diese Hoffnung bestätigt oder geleugnet werden? Es ist möglich und viel einfacher als im Fall von Proxima b, bei dem man entweder die reflektierte oder die eigene Wärmestrahlung des Planeten beobachten muss.
Es ist sehr schwierig, es von der Strahlung des Sterns zu trennen. Hier können die Atmosphären der Planeten im Licht beobachtet werden, was unvergleichlich einfacher ist.
Im Fall von Proxima b kann das neue James Webb-Weltraumteleskop nur im Extremfall etwas zeigen: Eine Hemisphäre ist heiß, die andere ist gefroren. Im Fall von TRAPPIST-1 ist es realistisch, Absorptionslinien in der Atmosphäre von Planeten zu sehen. Oder legen Sie einige Einschränkungen oben drauf. Eine solche Einschränkung wurde bereits festgelegt: Die inneren Planeten haben keine dicken Wasserstoffatmosphären.
Zahl: 4. Diagramm der Umlaufbahnen des TRAPPIST-1-Systems. Die Wohnzone ist grau markiert. Gepunktete Kreise - sie ist in einer etwas anderen Interpretation
Gibt es eine theoretische Möglichkeit, dass James Webb das Leben auf einem dieser Planeten entdeckt? Der beredteste Marker des Lebens ist Sauerstoff. Es ist sowohl als Ozon als auch als O2 vollständig nachweisbar. Eine andere Sache ist, dass eine bestimmte Menge an Sauerstoff gebildet werden kann, beispielsweise aufgrund der Dissoziation von Wassermolekülen durch die harte Strahlung eines Sterns. Es ist nicht einfach abzuschätzen, wie viel Sauerstoff ein zuverlässiger Marker ist. Es ist notwendig, die Dissoziationsrate und die Sauerstoffbindungsrate zu kennen - es gibt viele Unsicherheiten. Aber wenn es so viel Sauerstoff gibt wie auf der Erde, gibt es keinen Ort, an den man gehen kann: Nur das Leben kann dies geben. Wenn es wenig Sauerstoff gibt, bedeutet dies nicht, dass es kein Leben gibt: In den ersten paar Milliarden Lebensjahren gab es wenig Sauerstoff auf der Erde.
Abschließend möchte ich mein Bedauern darüber zum Ausdruck bringen, dass Russland das Studium der Exoplaneten umgangen hat. Es gibt Einzelpersonen und Einzelberufe, aber nichts weiter. Dieser Bereich erfordert jedoch keine gigantischen Installationen - vielmehr graue Substanz und Ausdauer, als es unsere Wissenschaft immer rühmen konnte. Einige Hoffnung gibt das russische Projekt Millimetron - ein kryogenes Weltraumteleskop mit einem 10-Meter-Spiegel: Im Projekt ist die Untersuchung von Exoplaneten einer der ersten Punkte. Dies ist jedoch ein Thema für eine separate Veröffentlichung.
Boris Stern, Astrophysiker, Ph. D. physisch -Matte. Wissenschaften, geführt. wissenschaftlich. sotr. Institut für Kernforschung RAS (Troitsk)