Kuvan luotto: John Rowe
Maan kaltaisten planeettojen etsintä alkaa aurinkoisten tähtijen etsinnästä. Tähtitieteilijä Maggie Turnbullia pyydettiin laatimaan lyhyt luettelo kolmestakymmenestä ehdokkaatähdistä, jotka vastaavat tiiviisti omaa aurinkoamme, kokonaismäärästä 2350 tähteä, jotka ovat sadan valovuoden päässä meistä. Tätä lyhyttä luetteloa, johon sisältyy 37 Gem, käyttää Terrestrial Planet Finder -operaatio, joka etsii asuttavia planeettoja etsimällä happea tai vettä näkyvää valoa maapallomaisella planeetalla - varma merkki elämästä.
Kolmekymmentäseitsemäs tähdistön länsimaisin tähti, Kaksoset, on keltaoranssi tähti kuin oma aurinko. Tähti on nimeltään 37 Geminorum, mutta astrofysiikan tutkija Margaret Turnbullille tähti on erityinen, koska se tarjoaa tapaustutkimuksen harkitakseen sitä, mikä voisi olla hyvä ehdokas asuttavien planeettojen satamissa.
Hänen rakennetessaan tähtiluetteloaan, joka voi tukea planeettoja nestemäisellä vedellä ja hapolla, hänen on suljettava pois äärimmäiset auringot: joko liian nuoret tai liian vanhat, jotka pyörivät liian nopeasti tai jotka ovat riittävän kirkkaita muuttumaan aiheuttamaan ilmastollista kaaosta mille tahansa lähellä oleva maailma.
56,3 valovuoden päässä, tähti 37 Gem ei ole vielä osoittanut ilmaisimerkkejä siitä, että tällaisilla planeetoilla tai millään planeetoilla on - mutta tulevat NASA: n ja Euroopan kaukoputket odottavat kohdistavan tähtiä samoin kuin 37 Gem, koska ne saattavat jakaa joitain samoista ominaisuuksista, jotka tekivät omasta aurinkokuntamme asuttavaksi. Tähän mennessä on löydetty yli 100 ekstrasolaarista planeettaa käyttämällä maapallolla varustettuja kaukoputkia, ja arviot tällaisten planeettojen kokonaismäärästä galaksissamme voivat olla miljardeissa ehdokasmaailmoissa.
Maggie Turnbullia, joka työskenteli Arizonan yliopistosta Tucsonissa, pyydettiin laatimaan lyhyt luettelo kolmekymmenestä tähden ehdokkaasta, jotka muistuttivat lähinnä muita aurinkoja, jotka pystyvät tukemaan elämän kukoistamisen edellytyksiä. Aloittamalla etsinnän alle sadan valovuoden päässä olevista tähtiistä antoi noin 2350 tähteä harkitsemaan edelleen.
Turnbull esitti äskettäin tuloksensa NASA: n avaruusteleskooppiprojektin, Terrestrial Planet Finder (TPF), tutkijaryhmälle, joka etsii asuttavia planeettoja käyttämällä näkyvää valoa veden ja / tai hapen "allekirjoituksella" maapallolta - tyyppinen planeetta. Sen jälkeen kun TPF: n suunniteltu käynnistys tapahtuu vuonna 2013, se seuraa eurooppalaista Darwin-hanketta, johon kuuluu kuusi avaruuskaukoputkea.
Tähtien luettelo pienennettiin vielä suuremmasta luettelosta (17 129 tähteä 450 valovuonna tai 140 parsia), jonka Turnbull ja SETI-instituutin neuvonantaja Jill Tarter julkaisivat ensin Astrophysical Journal -lehdessä. Lista tuli tunnetuksi luettelona Läheisten elinympäristöjen tähtijärjestelmät (tai HabCat). Heidän elokuussa julkaisemansa artikkeli, jonka otsikkona oli SETI: Kohdevalinta: I. Läheisten asumiskelpoisten tähtijärjestelmien luettelo, laajensi aiempia ehdokasluetteloita lähes kymmenkertaiseksi tai suuruusluokkaa.
Monimutkaisen elämän tukemiseksi ehdokkaan tähden on oltava oikea väri, kirkkaus ja ikä. Jos se on oman kaltainen keski-ikäinen tähti, se on palanut riittävän määrän sulavien valoelementtien läpi tuottamaan raskaampia metalleja kuten rautaa, mutta ei niin vanha, että se romahtaa tai niin nuori, että elämä on vain kaukainen tulevaisuudennäkymä. Perustuu siihen fragmentteihin, jotka tiedämme kuinka monimutkainen elämä ilmestyi maan päälle, Turnbull-haun tavoitteena on löytää tähdet, jotka vaikuttavat olevan "oikein oikeat", "Goldilocks".
Joten miksi 37 helmi?
37 Geminorum sijaitsee Kaksosten tähtikuviossa luoteisosassa, nimeltään kaksoset. Amatööri-tähtitieteilijöille, joilla on hyvä takapihan kaukoputki, 37 Gem on näkyvissä. Kreikkalaisessa mytologiassa Kaksoset kaksoset purjehtivat Jasonin kanssa etsiessäsi kultaista fleeceä; myrskyn aikana kaksoset auttoivat pelastamaan aluksensa ARGO uppoamisesta, ja niin merimiehet arvostivat tähdistöä suuresti.
Useimmat tähdet, kuten Gem 37, on ryhmitelty pieneen määrään spektriluokkia, jotka perustuvat karkeasti niiden lähettämän valon väriin. Tähtikokoelmassa, jota kutsutaan Henry Draper -katalogiksi, luetellaan spektriluokat seitsemään laajaan luokkaan kuumimmista ja viileimmistä tähtiin. Nämä tyypit on merkitty lämpötilan laskun mukaan kirjaimilla O, B, A, F, G, K ja M. Nimikkeistö perustuu juurtuneisiin evoluutio-ideoihin, jotka ovat vanhentuneita, mutta terminologia säilyy. Auringomme, luokiteltu tarkemmassa mittakaavassa tyypilliseksi 'G2V' kääpiöksi, on noin 4,5 miljardia vuotta vanha. Ehdokastähti, 37 Gem, on vastaavasti keski-ikäinen, mutta jonkin verran vanhempi miljardilla vuodella, 5,5 miljardia vuotta.
Oman (ja 37 Gem) kaltaisten G-tyyppisten tähtien spektrit hallitsevat tietyt kemialliset elementit, mikä merkitään niiden ominaispektrisillä viivoilla (tai päästöillä). Ajankohtaisimmat kiinnostuksen kohteet ovat metallit, etenkin niiden tähten allekirjoituksissa, joissa on runsaasti rautaa, kalsiumia, natriumia, magnesiumia ja titaania. Tähtitieteellisesti verrattuna auringon luokitteluun tyypilliseksi G2V-kääpiöksi, 37 Gem -pinnan lämpötila on hiukan kuumempi. Siksi Turnbullin tärkein valinta - 37 Gem - on luetteloitu G0V-kääpiöksi - tarkoittaen, että se on myös keltaoranssi pääsekvenssin kääpiötähti. Koska G-tähdelle on ominaista näiden metallisten linjojen läsnäolo ja heikot vety-spektrit, niillä on yhteinen ikä, massa ja valoisuus.
Muutoin 37 jalokiveä on lähellä omaa aurinko kaksoissamme tai Gemini-tyyppisessä vastineessa auringolle: 1,1 kertaa aurinkomme massa, 1,03 kertaa sen halkaisija ja 1,25 kertaa valoisuus.
Valaisimet ovat "ehkä tärkein tieto", Turnbull kertoi Astrobiology Magazine: lle, "käytämme lähistöllä olevien tähtijen asettamiskelpoisuuden määrittämisessä" monimutkaiselle elämälle, koska kirkkaus osoittaa missä elämän vaiheessa tähti on, ja se puolestaan sanelee kuinka kauan tähti pysyy vakaana.
Astrobiology Magazine -lehdessä oli tilaisuus keskustella Maggie Turnbullin kanssa Stewardin observatoriossa Tucsonissa siitä, kuinka valita tähtiehdokkaat asumiskelpoisuudelle.
Astrobiology Magazine (AM): Äskettäisessä tutkimuksessasi alkoi tarkastella noin 100 valovuotta kaukana aurinkoomme, ja kaikki tähdet sisäänpäin siitä säteestä, oikein? Se oli haku aloittamisen visuaalinen alue?
Margaret Turnbull (MT): 30 parsassa (90 valoa) on noin 2 350 Hipparcos-tähteä
vuotta), enimmäisetäisyys Terrestrial Planet Finder (TPF) -operaatioon. Tällä etäisyydellä on noin 5000 tähtiä, mutta katsomme vain Hipparcos-tähtiä, joten lähtöluetteloni on 2 350 tähteä.
OLEN: Oletko koskaan saanut takapihan kaukoputken nähdäksesi 37 helmen?
MT: Sen pitäisi varmasti olla näkyvissä takapihalla sijaitsevalla kaukoputkella, mutta ei, en ole katsonut sitä omin silmini! Katsotun fotometrian (sen kirkkauden mittaus) ja spektroskopian (sen koostumuksen mittaamisen) vuoksi tunnen tuntevani sen ”en koskaan nähnyt sitä.
37 Gem: lle on kuitenkin tehtävä enemmän havaintoa. Esimerkiksi meidän on suoritettava tämän tähden korkearesoluutioinen infrapunakuvaus, ennen kuin voimme sanoa, että sen pitäisi olla kohde - jos huomaa, että ympärillä on paljon roskia, meidän on poistettava se luettelosta.
OLEN: Oliko tähti, 37 Gem, paljon erilainen kuin numero kaksi kolmenkymmenen parhaan ehdokkaan luettelossa?
MT: Oikeastaan "parhaat" tähdet ovat kaikki hyvin samankaltaisia toistensa kanssa, ja todellisuudessa ei ole mitään järkeä yrittää luokitella niitä. 37 Gem sattuu olemaan yksi lähimmistä tähtiistä, joka myös täyttää suunnittelukriteerit, joten tällä hetkellä se näyttää olevan erittäin hyvä ehdokas TPF-hakuun.
OLEN: Mikä tähti oli virallisesti numero 2 luettelossa vain uteliaisuuden vuoksi?
MT: Kun katsot vain kolmekymmentä tähteä, ne kaikki ovat parempi "ykkönen". Toisin sanoen jokaisen havaitsemamme tähden on oltava ensisijaisesti kiinnostava tehtävässä, koska meillä ei ole aikaa tuhlata. Olemme edelleen määrittelemässä tarkkaan ensisijainen tehtävätavoite.
Jos tavoitteena on tarkastella spektrityyppien vaihteluväliä, ylin tähti voi sisältää hyvin lähellä olevia K- tai M-tähtiä, mutta jos tavoitteena on katsoa 30 aurinkoisimmasta tähdestä, niin tähdet, kuten 18 Sco (aurinko kaksoset 14 parsin päässä Scorpius-tähdistössä), beeta-CVn (”koira”) tai 51 Peg (“Pegasus”, lentävä hevonen) voivat lopulta olla parhaimmat vetoomme.
OLEN: Onko puuttuvista tiedoista yksi tai kaksi kappaletta, jotka auttaisivat luokittelua parantamaan tähtiä ehdokkaita?
MT: Tällä hetkellä korkearesoluutioinen infrapunakuvaus on puuttuva tieto, jota tarvitsemme ehdottomasti. Meidän on tiedettävä, onko näillä tähtiillä pölyisiä roskalevyjä, jotka vaikeuttaisivat siellä kiertäviä planeettoja.
Auringossa on huomattava määrä horoskooppipölyä, koska Jupiter sekoittaa jatkuvasti asteroidihihnaa ja asteroidien törmääessä ne lisäävät pölyä aurinkokuntaan.
Samanlainen pölymäärä muiden tähtijen ympärillä ei ehkä pilaa mahdollisuuksiamme nähdä planeettoja, mutta haluamme varmasti pitää sen minimissä.
OLEN: Mitkä ovat tulevaisuuden suunnitelmasi tähtien luetteloon Terrestrial Planet Finder- ja Darwin-tehtävien tueksi?
MT: En ole vielä esittänyt ”lopullista” listani TPF: n tiedetyöryhmälle 18. ja 19. marraskuuta Yhdysvaltain merivoimien seurantakeskuksessa, tapaamisen aikana muiden kanssa, jotka luovat omia luetteloitaan.
Olen jo esittänyt metodologiani ryhmälle, mutta nyt tapaamme insinöörien kanssa, jotka selittävät meille instrumentin rajoitukset, ja meidän on tarkennettava luetteloa edelleen niiden kriteerien mukauttamiseksi.
Heidän kriteereihinsä kuuluvat muun muassa: ei voi olla seuratähtiä usean kaarisekunnin sisällä, vaikka seuralainen ei olekaan huolenaihe planeetan vakaudelle, koska ylimääräinen valo saastuttaa näkökentän; ei voi katsella tähtiä haaleampana kuin noin kuudes voimakkuus; pystyy katsomaan tähtiä, jotka ovat ainakin ~ 60 asteen päässä auringosta koko vuoden ajan jne.
OLEN: Olet julkaissut ensimmäisen asettamaasi tähteä -luettelosi tämän vuoden elokuussa, ja luokittelussa on toinen osa. Mitkä ovat HabCat-osan II pääsuunnitelmat?
MT: Jill Tarter ja minä olemme äskettäin lähettäneet toisen tutkimuksen SETI-kohdeluettelosta, joka ilmestyy Astrophysical Journal -lisäosiin joulukuussa. Tässä artikkelissa on luettelo vanhoista, erittäin metallisista avoimista klustereista, lähimmät 100 tähteä tähtityypistä riippumatta, ja noin 250 000 pääsekvenssitähteä Tycho-katalogista, jotka kaikki tarkkailevat Allen-teleskooppijärjestelmässä (ATA) aina, kun HabCat tähtiä ei ole saatavana meille tarkkailemaan.
Ensisijaisen ATA-säteen osoittavat radionähtitieteilijät, ja he tekevät erittäin korkearesoluutioisia karttoja omista kohteistaan, samalla kun tarkkailemme HabCat-tähtiä (tai tähtiä luettelossa 2) SETI: lle.
OLEN: Lopuksi, ovatko operaatiot, Kepler ja TPF, suunnitelleet sellaisia parannuksia, jotka antavat havainnoillean tietylle tähtille enemmän maapallon planeettoja, ei vain kaasu jättiläisiä?
MT: Joo. Kepler antaa meille osoituksen siitä, kuinka yleiset maanpäälliset planeetat ovat, tarkkailemalla tuhansia aurinkoa muistuttavia tähtiä ”kulkeviksi” - tasoiksi, joissa planeetta todella kulkee sen tähden kiertoradan edessä ja estää väliaikaisesti vähän tähden valosta.
Terrestrial Planet Finder seuraa tätä seuraamalla todellisia kuvia lähimmistä tähtiä kiertävistä planeetoista ja kertomalla spektrien avulla, ovatko näillä planeetoilla ilmakehä.
Voimme etsiä vettä, happea ja hiilidioksidia, ja jos olemme onnekkaita, saatamme jopa nähdä joitain suoria merkkejä elämästä kasvillisuuden allekirjoituksen tai voimakkaan ilmakehän epätasapainon muodossa, kuten hapen ja metaanin samanaikainen läsnäolo (johtuen kasvien ja metaanigeenibakteerien samanaikaiseen esiintymiseen maapallolla).
Mitä seuraavaksi
Kaikki tehtävät havaita ja spektroskooppisesti karakterisoida maanpäällisiä planeettoja muiden tähtijen ympärillä on suunniteltava siten, että ne pystyvät havaitsemaan monentyyppisiä maanpäällisiä planeettoja hyödyllisellä tuloksella. Tällaisia operaatioita tutkitaan nyt - NASA: n Terrestrial Planet Finder (TPF) ja Euroopan avaruusjärjestön ESA: n Darwin. TPF / Darwinin päätavoite on toimittaa tietoja biologille ja ilmakeemille.
TPF / Darwin -konsepti perustuu oletukseen, että ekstrasolaariset planeetat voidaan seuloa asettamiskelpoiseksi spektroskooppisesti. Jotta tällainen oletus olisi pätevä, meidän on vastattava seuraaviin kysymyksiin. Mikä tekee planeetasta asumiskelpoisen ja miten niitä voidaan tutkia etäyhteyden kautta? Mitkä ovat monimuotoiset vaikutukset, joita eliöstöllä voi olla planeetta-ilmakehän spektriin? Mitä vääriä positiivisia voimme odottaa? Mitkä ovat ilmakehän evoluutiohistoriat todennäköisesti? Erityisesti mitä ovat vankat elämän indikaattorit?
TPF / Darwinin on tutkittava lähellä olevia tähtiä sellaisten planeettajärjestelmien suhteen, jotka sisältävät maapallon kokoisia planeettoja asuttavilla alueillaan (”Maan kaltaiset” planeetat). Spektroskopian avulla TPF / Darwinin on määritettävä, onko näillä planeetoilla ilmakehä, ja selvitettävä, ovatko ne asutettavissa.
Kepler-operaation on myös tarkoitus alkaa auringon kiertoradalle lokakuussa 2006. Kepler on tarkoitettu tehtävänä määrittämään sisäisten planeettojen taajuus lähellä monien tähtialueiden asumisaluetta. Kepler havaitsee samanaikaisesti 100 000 tähteä galaktisessa "naapurustossamme" etsimässä Maan kokoisia tai suurempia planeettoja "asumisvyöhykkeellä" jokaisen tähden ympärillä - ei liian kuuma, ei liian kylmä vyöhyke, jossa nestemäistä vettä saattaa esiintyä planeetta.
Keplerin päätutkija, NASA Amesin William Borucki huomauttaa, että vaikeuksia havaita maapallon kokoista planeetta, joka kiertää kaukaista tähteä, huomauttaa, että Auringon levyn peittäminen vie 10 000 maata. Yhden NASA: n arvion mukaan Keplerin pitäisi löytää 50 maanpäällistä planeettaa, jos suurin osa löydetyistä on maan kokoisia, 185 planeettaa, jos suurin osa on 30 prosenttia suurempi kuin Maa, ja 640, jos suurin osa löytyy maapallon koosta. Lisäksi Keplerin odotetaan löytävän lähes 900 jättiläinen planeetta lähellä tähtiään ja noin 30 jättiläätä, jotka kiertävät Jupiterin kaltaisilla etäisyyksillä vanhemmista tähdestään.
Koska suurin osa kaasujätteellisistä planeetoista, jotka ovat toistaiseksi kiertäneet paljon lähempänä tähtiään kuin Jupiter, tekee aurinkoa, Borucki uskoo, että neljän - kuuden vuoden operaation aikana Kepler löytää suuren osan planeetoista melko lähellä tähtiä. Jos tämä osoittautuu totta, hän sanoo: "Odotamme löytävänsä tuhansia planeettoja."
Nykyisiä menetelmiä käyttämällä tähtitieteilijöiden olisi nykyään erittäin vaikea havaita maapallon kokoinen planeetta tähden 37 helmen ympärillä. Aikaisemmat analyysit ovat kuitenkin sulkeneet pois joitain valintoja. Esimerkiksi oman Jupiterin tai Saturnuksen kaltainen jättiläinen planeetta ei kiertä 37 Helmen ympärillä. Nämä tutkimukset ovat viitanneet siihen, että Jupiterin massaa kymmenes - kymmenenkertaisia jättiläisiä planeettoja ei ole lähellä 37 gemiä (0,1 - 4 astronomista yksikköä tai yhden maan ja auringon etäisyys, AU), katso myös Cummings et al., 1999). . Koska haaste on löytää himmeitä planeettoja lähellä paljon kirkkaampia tähtiä, melkein kaikki toistaiseksi löydetyt ekstrasolaariset planeetat ovat kuin oma Jupiterimme - massiivisia, luultavasti kaasumaisia ja epätodennäköisiä, että satamaolosuhteet elämään johtuvat läheisyydestä vanhemman tähden kanssa .
Mutta olosuhteet noin 37 Gem saattavat tukea pienempiä sisäisiä planeettoja kuten Venus tai Maa. Kukaan ei tiedä. Vain tulevissa tutkimuksissa on välineet, joilla pystytään löytämään sellaisia maapallon kaltaisia planeettoja.
Tähtimallit, kuten 37 Gem, tukevat kuitenkin ainakin yhden vakaan kiertoradan olemassaoloa maapallon kaltaiselle planeetalle (nestemäisellä vedellä), joka on keskittynyt yhden maapallon ja auringon etäisyyteen (1,12 AU). Tällainen oletettu planeetta kiertää aurinkojärjestelmässämme Maan ja Marsin etäisyyksien välillä. Tällä havaitsemattomalla planeetalla, jos se voidaan havaita tulevissa tutkimuksissa, olisi vuosi, joka kestää yli 450 päivää, tai kiertorata, joka on noin 1,3 Maan vuotta.
Koska happea tuottavan elämän ylläpitäminen maapallolla kesti noin kaksi miljardia vuotta, tällaisista paljon nuoremmilla tähtiillä ei todennäköisesti olisi ollut tarpeeksi aikaa elämän kehittymiseen kohti monimutkaisia muotoja. Kun otetaan huomioon miljardeja vuosia, joita maapallon elämän evoluutio vaatii, tutkijat voisivat kysyä, onko elämällä mahdollisuus lyhyemmässä elämässä olevassa aurinkojärjestelmässä. Kuumempien, massiivisempien tähtien on aina katsottu olevan vähemmän todennäköisiä elämään, mutta ei siksi, että ne olisivat liian kuumia. Planeetat voivat silti nauttia lauhkeasta ilmastosta, vain kauempana kuin Maa on auringosta ja kiertoradalla kauempana omasta vanhemmasta tähdestään. Ensimmäinen asumiskelpoisuusongelma on aika, ei lämpötila. Kuumemmilla tähtiillä on taipumus polttaa nopeammin - ehkä liian nopeasti, jotta siellä voi kehittyä elämä.
Alkuperäinen lähde: Astrobiology Magazine
