U novije vrijeme komentirali smo otkriće Proxime b, planeta koji je postao trešnja na vrhu egzoplanetarne torte. A 22. veljače 2017. godine, uz pompe, objavljeno je otkriće tri planeta odjednom u nastanjivoj zoni drugog crvenog patuljka, TRAPPIST-1. Ovaj je sustav gotovo deset puta udaljeniji od Proxime Centauri, ali postoje najmanje dvije okolnosti zbog kojih je pronalazak druga trešnja na torti u posljednjih nekoliko mjeseci. To:
- u nastanjivoj zoni su odjednom tri planeta, to povećava vjerojatnost da je barem jedan od njih pogodan za život;
- ovi su planeti, za razliku od Proxime b, prolazni, odnosno prolaze duž diska zvijezde za zemaljskog promatrača, što uvelike olakšava promatranje njihove atmosfere.
Nekoliko riječi o povijesti senzacije. Sustav je 2015. godine otkrio mali belgijski teleskop TRAPPIST. Naziv - Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope South - prilagođen je belgijskoj marki piva. Teleskop se nalazi u Čileu na zvjezdarnici La Silla Europskog južnog opservatorija.
Uz njegovu pomoć otkrivena su tri tranzitna planeta u blizini hladnog crvenog patuljka 2MASS J23062928-0502285 [1], koji je dobio drugo, više ljudsko ime TRAPPIST-1 - ovo je bio prvi planetarni sustav koji je otkrio ovaj teleskop. Tada je sustav promatrao europski teleskop VLT (Very Large Telescope), a na kraju, zahvaljujući podacima infracrvenog svemirskog teleskopa NASA Spitzer, sustav je "raspetljan" i ustanovljeno je da postoji sedam planeta. Zapravo, posljednji korak bila je NASA-ina konferencija za tisak 22. veljače.
Lik: 1. Krivulja svjetlosti zvijezde TRAPPIST-1 tijekom 20-dnevnog zasjedanja svemirskog teleskopa Spitzer. Zelene točke - promatranja zemaljskim teleskopima. Okomito - svjetlost zvijezde u ovom trenutku u odnosu na prosječnu sjajnost. Dijamanti označavaju tranzite određenih planeta. Izbacivanje točaka prema gore najvjerojatnije su zvjezdane baklje. Postoji samo jedan tranzit planeta h. Razdoblje i radijus orbite procjenjuju se iz trajanja pojedinačnog tranzita (vidi sliku 2)
Lik: 2. Svjetlosne krivulje zvijezde tijekom tranzita svakog od sedam planeta
Promotivni video:
Useljiva zona uključuje planete e, f, g, iako je na prvi pogled planet d prikladniji za intenzitet zagrijavanja od g. To zahtijeva prilično složenu raspravu s procjenama mogućeg efekta staklenika, uključujući puno neizvjesnosti. Naravno, koncept naseljive zone vrlo je proizvoljan.
Bez obzira kako definirali naseljivu zonu, postoje ozbiljni problemi sa stvarnom prikladnošću za život svakog od ovih planeta. Isti problemi kao i Proxima b. Povezani su s prirodom crvenih patuljaka.
1. To su zvijezde s vrlo silovitom magnetskom aktivnošću. Imaju debeli konvektivni sloj. Za razliku od Sunca, gdje se toplina prenosi prema van uglavnom difuzijom fotona, tamo prevladava konvekcija. Sunce također ima konvekciju, zbog čega se pojavljuju mrlje, bljeskovi, izbočenja, a na Zemlji postoje magnetske oluje i polarne svjetlosti. Tamo su sve ove pojave puno intenzivnije.
2. Svjetlost ovih zvijezda na početku njihove biografije uvelike se mijenja. Prvih milijuna godina sjaje desetke ili čak stotine puta jače nego u stabilnom stanju.
3. Useljiva zona crvenih patuljaka toliko je blizu zvijezdi da planeti padaju u zatvaranje plime i oseke: ili su uvijek okrenuti prema zvijezdi jednom stranom, ili je dan duži od njihove godine (za sustav TRAPPIST-1 vjerojatnija je prva opcija).
Što učiniti, priroda nam drugi put u manje od godinu dana posklizne upravo takve ne baš ohrabrujuće planetarne sustave. To ne čudi - mnogo ih je lakše pronaći spektrometrijskom metodom (Zemlju je u blizini Sunca nemoguće otkriti na ovaj način), vjerojatnije je da će ispasti prolazni, a tranziti su kontrastniji, napokon, više je crvenih patuljaka nego žutih i narančastih.
Lik: 3. Simultani tranzit triju planeta. Krivulja svjetlosti snimljena 11. prosinca 2015. europskim teleskopom VLT
Dakle, pronađeni su podaci o sustavu TRAPPIST-1 (ne prikazujemo pogreške).
| Planeta | Polumjer orbite | Razdoblje | Polumjer planeta | Intenzitet grijanja (u zemaljskim jedinicama) |
| b | AU 0,011 | 1,51 dana | 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 |
Zvijezda. Masa - 0,08 solarne, radijus -0,117 solarne, sjaj - 0,5103 solarne, temperatura 2550K
Bilo je moguće grubo procijeniti mase planeta - zbog njihove interakcije tranziti su malo pomaknuti u vremenu. Pogreške u određivanju mase su velike, ali već sada možemo zaključiti da gustoća planeta odgovara punjenju stijena.
Naravno, planeti slični zemlji u blizini zvijezda sličnih suncu naći će se u doglednoj budućnosti. Zapravo je nekoliko takvih planeta već pronađeno u Keplerovim podacima, samo što su vrlo daleko. Dovoljno je promatrati nekoliko stotina sjajnih zvijezda na nebu (što se planira u narednim godinama), a takvi će planeti biti otkriveni u roku od stotinu svjetlosnih godina (a ako imate sreće i bliže).
Zapravo su udobni planeti u blizini udobnih zvijezda unutar 15–20 svjetlosnih godina (to proizlazi iz statistike dobivene od Keplera), ali da bi ih otkrili potrebni su svemirski interferometri koji se neće uskoro pojaviti (vidi [2]).
Ostaje nada da je barem jedan od planeta pogodan za život. U početku su mogli imati puno vode - nisu mogli nastati tamo gdje su sada i morali su migrirati do zvijezde s periferije protoplanetarnog diska - zbog snježne linije, gdje ima mnogo ledenih tijela. Istina, migrirali su još u doba kada je zvijezda bila puno sjajnija. No, procjene napravljene za Proximu b pokazuju da bi hidrosfere planeta mogle preživjeti vrelu desetinu milijuna godina.
Zatvaranje plime i oseke nije fatalno ako planet ima gustu atmosferu i globalni ocean - tada je prijenos topline u stanju izravnati temperaturnu razliku između dnevne i noćne hemisfere.
Ozbiljniji problem je otpuhavanje atmosfere zvjezdanim vjetrom i jakim zračenjem. Na konferenciji za novinare rečeno je da je zvijezda sada mirna. To vrijedi ako mislimo na toplinsko zračenje, ali ne i na X-zrake: TRAPPIST-1 - mjeren izravno od XMM svemirske zvjezdarnice - emitira približno istu količinu X-zraka kao i Sunce. Budući da su planeti deset puta bliži zvijezdi nego što je Zemlja Suncu, njihovo zračenje X zrakom tri je reda veličine veće od Zemlje.
Rentgen ne predstavlja izravnu prijetnju životu - apsorbira ga atmosfera. Problem je u dehidraciji planeta: X-zrake i tvrdo ultraljubičasto svjetlo razbijaju molekule vode - vodik lako isparava, kisik se veže. Još gore, budući da postoji intenzivna rendgenska zraka, mora postojati intenzivan zvjezdani vjetar - on uklanja vanjske slojeve atmosfere. Jedini spas u ovom slučaju je magnetsko polje planeta. Pitanje je imaju li ovi planeti dovoljno jako polje. Možda postoji.
Dakle, ostaje nada da su neki planeti sustava TRAPPIST-1 pogodni za život. Može li se ta nada potvrditi ili odbiti? Moguće je, i to mnogo lakše nego u slučaju Proxime b, u kojoj se mora promatrati ili odbijeno ili vlastito toplinsko zračenje planeta.
Vrlo ga je teško odvojiti od zračenja zvijezde. Ovdje se atmosfere planeta mogu promatrati na svjetlu, što je neusporedivo lakše.
U slučaju Proxime b, novi svemirski teleskop James Webb moći će pokazati nešto samo u krajnjem slučaju: jedna je polutka vruća, a druga smrznuta. U slučaju TRAPPIST-1, realno je vidjeti apsorpcijske linije u atmosferi planeta. Ili stavite neka ograničenja na vrh. Jedno od takvih ograničenja već je postavljeno: unutarnji planeti nemaju gustu atmosferu vodika.
Lik: 4. Dijagram orbita sustava TRAPPIST-1. Useljiva zona označena je sivom bojom. Točkasti krugovi - u malo je drugačijoj interpretaciji
Postoji li teoretska mogućnost da će James Webb otkriti život na jednom od ovih planeta? Najrječitiji biljeg života je kisik. U potpunosti se može otkriti i kao ozon i kao O2. Druga je stvar što se određena količina kisika može stvoriti, na primjer, uslijed disocijacije molekula vode tvrdim zračenjem zvijezde. Procijeniti koliko je kisik pouzdan biljeg nije lako. Potrebno je znati brzinu disocijacije i brzinu vezanja kisika - postoji mnogo neizvjesnosti. Ali ako ima toliko kisika kao na Zemlji, nema se kamo: samo život to može dati. Ako je malo kisika, to ne znači da nema života: na Zemlji je bilo malo kisika u prvih nekoliko milijardi godina života.
U zaključku bih želio izraziti žaljenje što je Rusija zaobišla proučavanje egzoplaneta. Postoje pojedinci i pojedinačni poslovi, ali ništa više. Ali ovo područje ne zahtijeva gigantske instalacije - radije sivu tvar i ustrajnost nego što se naša znanost uvijek mogla pohvaliti. Nešto nade daje ruski projekt Millimetron - kriogeni svemirski teleskop s 10-metarskim zrcalom: u projektu je proučavanje egzoplaneta jedna od prvih točaka. Međutim, ovo je tema za zasebnu publikaciju.
Boris Stern, astrofizičar, dr. Sc. fizički -mat. znanosti, vodio. znanstveni. sotr. Institut za nuklearna istraživanja RAS (Troitsk)
