V zadnjem času smo komentirali odkritje Proxime b, planeta, ki je postal češnja na vrhu eksplanetarne torte. In 22. februarja 2017 je bilo z fanfare napovedano odkritje treh planetov hkrati v bivalnem območju drugega rdečega škrata, TRAPPIST-1. Ta sistem je skoraj desetkrat dlje od Proxime Centauri, vendar obstajata vsaj dve okoliščini, zaradi katerih je v zadnjih nekaj mesecih najdba druga češnja na torti. To:
- v bivalnem območju so hkrati trije planeti, kar povečuje verjetnost, da je vsaj eden primeren za življenje;
- ti planeti so v nasprotju s Proximo b prehodni, to pomeni, da prehajajo vzdolž diska zvezde za zemeljskega opazovalca, kar močno olajša opazovanje njihove atmosfere.
Nekaj besed o zgodovini senzacije. Sistem je leta 2015 odkril majhen belgijski teleskop TRAPPIST. Ime - Transiting Planets in Planetesimals Small Telescope South - je prilagojeno belgijski znamki piva. Teleskop se nahaja v Čilu v observatoriju La Silla Evropskega južnega observatorija.
Z njegovo pomočjo so v bližini hladnega rdečega pritlikavca 2MASS J23062928-0502285 [1] odkrili tri tranzitne planete, ki so prejeli drugo, bolj človeško ime TRAPPIST-1 - to je bil prvi planetarni sistem, ki ga je odkril ta teleskop. Nato je sistem opazoval evropski teleskop VLT (Very Large Telescope), nazadnje pa je bil sistem, zahvaljujoč podatkom infrardečega vesoljskega teleskopa NASA Spitzer, "razpet" in ugotovil, da obstaja sedem planetov. Pravzaprav je bil zadnji korak NASA-ina tiskovna konferenca 22. februarja.
Slika: 1. Krivulja svetlobe zvezde TRAPPIST-1 med 20-dnevnim zasedanjem vesoljskega teleskopa Spitzer. Zelene pike - opazovanja s zemeljskimi teleskopi. Navpično - trenutno svetilnost zvezde glede na povprečno svetilnost. Diamanti označujejo tranzit določenih planetov. Izmet točk navzgor so najverjetneje zvezdni izbruhi. Prehod planeta h je samo en. Njeno obdobje in polmer orbite sta ocenjena na podlagi trajanja posameznega tranzita (glej sliko 2)
Slika: 2. Svetlobne krivulje zvezde med tranziti vsakega od sedmih planetov
Promocijski video:
Območje bivanja vključuje planete e, f, g, čeprav je na prvi pogled planet d bolj primeren za intenzivnost ogrevanja kot g. To zahteva precej zapleteno razpravo z ocenami možnega učinka tople grede, vključno z veliko negotovostmi. Koncept bivalne cone je seveda zelo samovoljen.
Ne glede na to, kako definiramo bivalno območje, obstajajo resni problemi z resnično primernostjo vsakega od teh planetov za življenje. Enake težave kot Proxima b. Povezani so z naravo rdečih palčkov.
1. To so zvezde z zelo silovito magnetno aktivnostjo. Imajo debelo konvektivno plast. Za razliko od Sonca, kjer se toplota prenaša zunaj predvsem z difuzijo fotonov, tam prevladuje konvekcija. Sonce ima tudi konvekcijo, zaradi česar se pojavijo pege, rakete, izbokline, na Zemlji pa magnetne nevihte in polarne svetlobe. Tam so vsi ti pojavi precej intenzivnejši.
2. Svetilnost teh zvezd na začetku njihove biografije se močno spremeni. Prvih milijonov let svetijo na desetine ali celo stokrat svetleje kot v stabilnem stanju.
3. Območje bivanja rdečih palčkov je tako blizu zvezde, da planeti zapadejo v plimovanje: bodisi so vedno obrnjeni proti zvezdi z eno stranjo ali pa je dan na njih daljši od njihovega leta (za sistem TRAPPIST-1 je verjetnejša prva možnost).
Kaj storiti, narava nam že drugič v manj kot letu dni zdrsne ravno takšne ne preveč spodbudne planetarne sisteme. To ni presenetljivo - veliko lažje jih je najti s spektrometrično metodo (na tak način Zemlje blizu Sonca ni mogoče zaznati), bolj verjetno je, da bodo prehodni, tranziti pa bolj kontrastni, končno pa je več rdečih palčkov kot rumenih in oranžnih.
Slika: 3. Istočasni tranzit treh planetov. Krivulja svetlobe, posneta 11. decembra 2015 z evropskim teleskopom VLT
Torej so bili najdeni podatki o sistemu TRAPPIST-1 (napak ne predstavljamo).
| Planet | Polmer orbite | Obdobje | Polmer planeta | Intenzivnost ogrevanja (v zemeljskih enotah) |
| b | AU 0,011 | 1,51 dni | 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 |
Zvezdica. Masa - 0,08 sonca, polmer -0,117 sonca, svetilnost - 0,5103 sonca, temperatura 2550K
Lahko je bilo približno oceniti mase planetov - zaradi njihove interakcije so tranziti v času nekoliko premaknjeni. Napake pri določanju mase so velike, vendar že zdaj lahko sklepamo, da gostota planetov ustreza nasipu kamnin.
Seveda bomo v bližnji prihodnosti našli zemeljske planete blizu zvezd, podobnih soncu. Pravzaprav je bilo v podatkih Keplerja že najdenih več takih planetov, le da so zelo daleč. Dovolj je opazovati več sto svetlih zvezd po nebu (kar je načrtovano v prihodnjih letih) in takšni planeti bodo odkriti v sto svetlobnih letih (in če imate srečo, tudi bližje).
Dejansko so udobni planeti v bližini udobnih zvezd znotraj 15–20 svetlobnih let (to izhaja iz statistike, pridobljene s strani Keplerja), toda za njihovo odkrivanje so potrebni vesoljski interferometri, ki se kmalu ne bodo pojavili (glej [2]).
Upanje, da je vsaj eden od planetov primeren za življenje, ostaja. Sprva so lahko imeli veliko vode - niso se mogli oblikovati tam, kjer so zdaj, in morali so se preseliti k zvezdi z obrobja protoplanetarnega diska - zaradi snežne meje, kjer je veliko ledenih teles. Res je, selili so se že v dobi, ko je bila zvezda veliko svetlejša. Toda ocene za Proximo b kažejo, da bi lahko hidrosfere planetov preživele pekočo vročino več deset milijonov let.
Zaprtje plime in oseke ni usodno, če ima planet gosto atmosfero in globalni ocean - potem lahko prenos toplote izravna temperaturno razliko med dnevno in nočno poloblo.
Resnejša težava je odpiranje ozračja zaradi zvezdnega vetra in močnega sevanja. Na tiskovni konferenci je bilo rečeno, da je zvezda zdaj mirna. To velja, če mislimo na toplotno sevanje, ne pa tudi na rentgenske žarke: TRAPPIST-1 - ki ga izmeri neposredno vesoljski observatorij XMM - oddaja približno enako količino rentgenskih žarkov kot Sonce. Ker so planeti zvezdi desetkrat bližje kot Zemlja Soncu, je njihovo rentgensko sevanje tri reda veliko večje od zemeljskega.
Rentgenski žarki ne predstavljajo neposredne nevarnosti za življenje - absorbira jih ozračje. Težava je v dehidraciji planeta: rentgenski žarki in trda ultravijolična svetloba razbijejo molekule vode - vodik zlahka izhlapi, kisik se veže. Še huje, ker je močan rentgen, mora biti močan zvezdni veter - ta odstrani zunanje plasti ozračja. Edino odrešenje je v tem primeru magnetno polje planeta. Ali imajo ti planeti dovolj močno polje, je vprašanje. Mogoče obstaja.
Tako upanje ostaja, da so nekateri planeti sistema TRAPPIST-1 primerni za življenje. Je to upanje mogoče potrditi ali zanikati? Možno je in veliko lažje kot v primeru Proxime b, v katerem je treba opazovati bodisi odsevano bodisi planetovo lastno toplotno sevanje.
Zelo težko ga je ločiti od sevanja zvezde. Tu lahko atmosfere planetov opazujemo v svetlobi, kar je neprimerljivo lažje.
V primeru Proxime b bo novi vesoljski teleskop James Webb lahko pokazal nekaj le v skrajnem primeru: ena polobla je vroča, druga pa zamrznjena. V primeru TRAPPIST-1 je realno videti absorpcijske črte v ozračjih planetov. Ali pa postavite nekaj omejitev na vrh. Ena izmed takšnih omejitev je že določena: notranji planeti nimajo debelih vodikovih atmosfer.
Slika: 4. Diagram orbit sistema TRAPPIST-1. Območje bivanja je označeno s sivo. Pikčasti krogi - ona je v nekoliko drugačni interpretaciji
Ali obstaja teoretična možnost, da bo James Webb odkril življenje na enem od teh planetov? Najbolj zgovoren označevalec življenja je kisik. V celoti ga je mogoče zaznati kot ozon in kot O2. Druga stvar je, da lahko nastane neka količina kisika, na primer zaradi disociacije molekul vode s trdim sevanjem zvezde. Oceniti, koliko kisika je zanesljiv marker, ni enostavno. Vedeti je treba stopnjo disociacije in hitrost vezave kisika - obstaja veliko negotovosti. Če pa je toliko kisika kot na Zemlji, nikamor ne gre: to lahko da samo življenje. Če je kisika malo, to ne pomeni, da ni življenja: v Zemlji je bilo v prvih nekaj milijard letih življenja malo kisika.
Za zaključek bi rad izrazil obžalovanje, da je Rusija zaobšla preučevanje eksoplanetov. Obstajajo posamezniki in posamezna delovna mesta, a nič več. Toda to področje ne zahteva velikanskih instalacij - sive snovi in vztrajnosti, kot se je naša znanost vedno lahko pohvalila. Nekaj upanja daje ruski projekt Millimetron - kriogeni vesoljski teleskop z 10-metrskim ogledalom: v projektu je preučevanje eksoplanetov ena prvih točk. Vendar je to tema za ločeno publikacijo.
Boris Stern, astrofizik, dr. fizično -mat. znanosti, vodil. znanstveni. sotr. Inštitut za jedrske raziskave RAS (Troitsk)