Mer nyligen kommenterade vi upptäckten av Proxima b, en planet som har blivit ett körsbär på toppen av en exoplanetär kaka. Och den 22 februari 2017 meddelades det med fanfare upptäckten av tre planeter samtidigt i den bebodda zonen för en annan röd dvärg - TRAPPIST-1. Detta system är nästan tio gånger längre än Proxima Centauri, men det finns minst två omständigheter som gör att hitta den andra körsbäret på kakan under de senaste månaderna. Det:
- det finns tre planeter i den bebodda zonen på en gång, detta ökar sannolikheten för att minst en av dem är lämplig för livet;
- dessa planeter, till skillnad från Proxima b, är övergående, det vill säga de passerar längs stjärnskivan för en jordisk observatör, vilket underlättar observationen av deras atmosfärer.
Några ord om sensationens historia. Systemet upptäcktes 2015 av det lilla belgiska teleskopet TRAPPIST. Namnet - Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope South - är skräddarsytt för det belgiska ölmärket. Teleskopet finns i Chile vid La Silla-observatoriet vid Europeiska södra observatoriet.
Med sin hjälp upptäcktes tre transitplaneter nära den kalla röda dvärgen 2MASS J23062928-0502285 [1], som fick det andra, mer mänskliga namnet TRAPPIST-1 - detta var det första planetariska systemet som upptäcktes av detta teleskop. Sedan observerades systemet av det europeiska VLT-teleskopet (Very Large Telescope), och slutligen, tack vare data från NASA Spitzer infraröda rymdteleskop, var systemet "untangled" och det visade sig att det finns sju planeter. Egentligen var det sista steget NASA: s presskonferens den 22 februari.
Figur: 1. Ljuskurva för TRAPPIST-1-stjärnan under Spitzer-rymdteleskopets 20-dagarsession. Gröna prickar - observationer med markbaserade teleskop. Vertikal - stjärnans ljusstyrka just nu i förhållande till den genomsnittliga ljusstyrkan. Diamanter markerar transiteringen av specifika planeter. De uppåtgående utstötningarna av poäng är troligen stjärnblossar. Det finns bara en transitering av planeten h. Dess period och omloppsradie uppskattas från varaktigheten för en enda transitering (se fig. 2)
Figur: 2. Stjärnans ljuskurvor under transiteringen av var och en av de sju planeterna
Kampanjvideo:
Den beboeliga zonen inkluderar planeterna e, f, g, men vid första anblicken är planet d mer lämplig för värmeintensitet än g. Detta kräver en ganska komplex diskussion med uppskattningar av den möjliga växthuseffekten, inklusive många osäkerheter. Naturligtvis är begreppet en beboelig zon mycket godtycklig.
Oavsett hur vi definierar den beboeliga zonen, finns det allvarliga problem med den verkliga livslängden för var och en av dessa planeter. Samma problem som Proxima b. De är förknippade med naturen hos röda dvärgar.
1. Dessa är stjärnor med mycket våldsam magnetisk aktivitet. De har ett tjockt konvektivt skikt. Till skillnad från solen, där värme överförs främst främst genom diffusion av fotoner, råder konvektion där. Solen har också konvektion, varför fläckar, fläckar, framträdanden dyker upp och på jorden - magnetiska stormar och auroror. Där är alla dessa fenomen mycket mer intensiva.
2. Ljusstyrkan hos dessa stjärnor i början av deras biografi förändras kraftigt. Under de första miljoner åren lyser de dussintals, eller till och med hundratals gånger ljusare än i stadigt tillstånd.
3. Den beboeliga zonen för röda dvärgar är så nära stjärnan att planeterna faller i en tidvattenförslutning: antingen är de alltid vända mot stjärnan med ena sidan, eller så är dagen på dem längre än deras år (för TRAPPIST-1-systemet är det första alternativet mer troligt).
Vad man ska göra, naturen för andra gången på mindre än ett år släpper oss just sådana inte särskilt uppmuntrande planetariska system. Det här är inte förvånande - de är mycket lättare att hitta med den spektrometriska metoden (det är omöjligt att upptäcka jorden nära solen på det här sättet), de är mer benägna att visa sig vara övergående och genomgångarna är mer kontrasterande, äntligen finns det fler röda dvärgar än gula och orange.
Figur: 3. Samtidig transitering av tre planeter. Ljus kurva tagen den 11 december 2015 med det europeiska teleskopet VLT
Så informationen om det hittade systemet TRAPPIST-1 (fel anges inte).
| Planet | Omloppsradie | Period | Planetens radie | Uppvärmningsintensitet (i markenheter) |
| b | AU 0,011 | 1,51 dagar | 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 |
Stjärna. Massa - 0,08 sol, radie -0,117 sol, ljusstyrka - 0,5103 sol, temperatur 2550K
Det var möjligt att ungefär uppskatta planeternas massor - på grund av deras interaktion förändras transiterna något i tiden. Fel vid bestämning av massan är stora, men vi kan redan dra slutsatsen att planetenas densitet motsvarar bergfyllningen.
Naturligtvis kommer jordliknande planeter nära solliknande stjärnor att hittas inom överskådlig framtid. Egentligen har flera sådana planeter redan hittats i Kepler-data, bara de är väldigt långt borta. Det räcker att observera flera hundra ljusa stjärnor över hela himlen (vilket planeras under de kommande åren), och sådana planeter kommer att upptäckas inom hundra ljusår (och med tur, ännu närmare).
Faktum är att bekväma planeter nära bekväma stjärnor ligger inom 15–20 ljusår (detta följer av statistiken från Kepler), men för att upptäcka dem behövs rymdinterferometrar, som inte kommer att visas snart (se [2]).
Hoppet att minst en av planeterna är lämplig för livet kvarstår. De kunde initialt ha mycket vatten - de kunde inte bildas där de är nu och var tvungna att migrera till stjärnan från den protoplanetära skivans periferi - på grund av snölinjen, där det finns många iskroppar. Det är sant att de migrerade tillbaka i den tid då stjärnan var mycket ljusare. Men uppskattningar gjorda för Proxima b visar att planets hydrosfärer kan överleva en brännande värme på tiotals miljoner år.
Tidvattenstängning är inte dödlig om planeten har en tjock atmosfär och ett globalt hav - då kan värmeöverföring jämna ut temperaturskillnaden mellan dag- och natthalvor.
Ett allvarligare problem är att blåsa bort atmosfären genom stjärnvind och hård strålning. Vid presskonferensen sades det att stjärnan är lugn nu. Detta är sant om vi menar värmestrålning, men inte röntgenstrålar: TRAPPIST-1 - mätt direkt av XMM-rymdobservatoriet - avger ungefär samma mängd röntgenstrålar som solen. Eftersom planeterna är tio gånger närmare stjärnan än jorden är mot solen är deras röntgenstrålning tre storleksordningar högre än jordens.
Röntgenstrålar utgör inte ett direkt hot mot livet - de absorberas av atmosfären. Problemet är planets uttorkning: röntgenstrålar och hårt ultraviolett ljus bryter upp vattenmolekyler - väte avdunstar lätt, syre binder. Ännu värre, eftersom det finns intensiv röntgen, måste det vara en intensiv stjärnvind - den avlägsnar atmosfärens yttre lager. Den enda frälsningen i detta fall är planetens magnetfält. Om dessa planeter har ett tillräckligt starkt fält är en fråga. Kanske finns det.
Så förhoppningen kvarstår att några av planeterna i TRAPPIST-1-systemet är lämpliga för livet. Kan detta hopp bekräftas eller förnekas? Det är möjligt och mycket enklare än för Proxima b, där man måste observera antingen den reflekterade eller planetens egen värmestrålning.
Det är väldigt svårt att skilja det från stjärnans strålning. Här kan planetens atmosfär observeras i ljuset, vilket är ojämförligt lättare.
När det gäller Proxima b kommer det nya rymdteleskopet James Webb att kunna visa något bara i extrema fall: den ena halvklotet är varmt, det andra är fruset. När det gäller TRAPPIST-1 är det realistiskt att se absorptionslinjer i atmosfärerna på planeterna. Eller sätt några begränsningar på toppen. En sådan begränsning har redan fastställts: de inre planeterna har inte tjocka väteatmosfärer.
Figur: 4. Diagram över banorna i TRAPPIST-1-systemet. Den beboeliga zonen är markerad i grått. Prickade cirklar - det är i en något annan tolkning
Finns det en teoretisk möjlighet att James Webb kommer att upptäcka livet på en av dessa planeter? Livets mest talande markör är syre. Det är helt detekterbart både som ozon och som O2. En annan sak är att en viss mängd syre kan bildas, till exempel på grund av dissociationen av vattenmolekyler genom en stark strålning från en stjärna. Att uppskatta hur mycket syre som är en pålitlig markör är inte lätt. Det är nödvändigt att känna till dissociationshastigheten och syrebindningsgraden - det finns många osäkerheter. Men om det finns lika mycket syre som på jorden finns det ingenstans att gå: bara livet kan ge detta. Om det finns lite syre betyder det inte att det inte finns något liv: det fanns lite syre på jorden under de första miljarder år av livet.
Sammanfattningsvis skulle jag vilja uttrycka min ånger om att Ryssland kringgick studien av exoplaneter. Det finns individer och enskilda jobb, men inget mer. Men detta område kräver inte gigantiska installationer - snarare, grå substans och uthållighet än vad vår vetenskap alltid har kunnat skryta med. Vissa förhoppningar ges av det ryska projektet "Millimetron" - ett kryogent rymdteleskop med en 10-metersspegel: i projektet är studien av exoplaneter en av de första punkterna. Detta är dock ett ämne för en separat publikation.
Boris Stern, astrofysiker, Ph. D. fysisk -matta. vetenskap, ledde. vetenskaplig. sotr. Institutet för kärnforskning RAS (Troitsk)
