Часом здається, що з’явилася купа оголошень про відкриття «землеподібних» планет. І хоча ці оголошення є захоплюючими та заслуговують на наукову увагу, у них завжди виникає невелике запитання: наскільки вони насправді схожі на Землю?
Зрештою, Земля визначається її відносинами з Сонцем.
Немає чіткого визначення терміну «подібний до Землі». Це просто означає світ, схожий у деяких аспектах.
Але в більшості випадків, коли для опису екзопланети використовується термін, схожий на Землю, він відноситься до розміру і потенціалу рідкої води для збереження на поверхні. Проблема в тому, що більшість світів, які описуються як Землеподібні — насправді більшість екзопланет — обертаються навколо червоних карликів.
«Однак повна картина придатності для проживання включає також погляд на якості зірки».
Д-р Рене Хеллер, провідний автор, Інститут досліджень Сонячної системи Макса Планка.
Червоні карлики сильно відрізняються від нашого Сонця. Вони маленькі, тьмяні та прохолодні. Це найменші та найкрутіші зірки в головній послідовності. З іншого боку, Сонце велике, яскраве і має температуру поверхні близько 5700 К (5420 С) порівняно з температурою поверхні червоного карлика близько 2000 К (1730 С).
Художнє враження від червоного карлика, як-от Проксима Центавра, найближча до нашого Сонця зірка. Більшість підтверджених екзопланет обертаються навколо червоного карлика, який є найпоширенішим типом зірки Чумацького Шляху. Кредит: NRAO/AUI/NSF; Д. Беррі
Отже, якщо екзопланета, описана як Земля, обертається навколо червоного карлика, наскільки вона може бути схожою на Землю? Точніше описувати пари планета-зірка як Земля-Сонце, оскільки відносини між планетою та її зіркою багато в чому визначають про планету.
Такої точки зору дотримується автор нового дослідження.
Дослідження має назву «Транзитне опитування методом найменших квадратів. III. A 1.9Р?Транзитний кандидат у житловій зоні Kepler-160 і нетранзитній планеті, що характеризується змінами часу транзиту». Головний автор – доктор Рене Хеллер з Інституту досліджень Сонячної системи Макса Планка (MPS). Дослідження опубліковано в журналі Astronomy and Astrophysics.
Коли справа доходить до життєдіяльності та того, чи схожа планета на Землю, Хеллер говорить в a прес-реліз що «Повна картина придатності для проживання, однак, включає погляд на якості зірки».
Більшість зірок Чумацького Шляху — червоні карлики; вони зовсім не схожі на наше Сонце. Якщо планета не обертається навколо зірки, подібної до Сонця, чи можна цю планету справді назвати «земельною?» Образ Сонця. Авторство: SDO/NASA
Нова робота обертається навколо Kepler-160, зірки головної послідовності, дуже схожої на Сонце. Kepler-160 становить близько 90% маси Сонця, близько 1,12 радіуса Сонця, і має температуру поверхні близько 5470 K (5200 C). Це дуже схоже на температуру поверхні Сонця, яка становить близько 5770 К (5500 С).
Кеплер 160 знаходиться на відстані приблизно 3140 світлових років від нас, у сузір'ї Ліри.
Ця далека зірка також має дві підтверджені планети, які обертаються навколо неї, і астрономи знали про них роками. Ці планети отримали назви Кеплер-160 b і Kepler-160 c, згідно з умовами найменування екзопланет. Обидві ці планети значно більші за Землю, і вони обертаються близько до зірки. Вони занадто гарячі для життя, яке ми знаємо, щоб вижити там.
Але щось відбувається з Kepler-160c (K160c). Він хитається, і щось дрібне тягне за нього, щоб викликати ці крихітні орбітальні варіації. Чи було щось приховано в вихідних даних Кеплера? Ще одна маленька планета на орбіті навколо K160?
Ось тут і приходять Геллер та його колеги. Вони вже успішно перебирали наявні дані Kepler і знайшли планети, які були пропущені. У 2019 році Келлер та його колеги Майкл Хіппке та Кай Роденбек опублікував статтю представляючи відкриття 17 нових екзопланет, прихованих в оригінальних даних Кеплера. І всі вони були в сонячних системах, де вже були відкриті планети.
Тепер, схоже, вони зробили це знову.
The Космічний корабель «Кеплер». був справді добрим в одній справі: з нашої точки зору знайти спади в зоряному світлі в далеких сонячних системах, викликані планетою, що рухається перед нею. Це називається транзитом. Але з цим методом є проблема.
Існує притаманне упередження відбору на користь великих планет, які викликають більш виражене зниження зоряного світла, коли вони проходять транзитом, порівняно з меншими планетами. В результаті більшість екзопланет, відкритих Кеплером, є великими. Це газові планети розміром з Нептун, які настільки відрізняються від Землі, наскільки це можливо.
Коли планета рухається перед своєю зіркою, світність зірки падає, а потім повертається до колишнього рівня після завершення транзиту. Космічний корабель «Кеплер» був дуже успішним із цим методом, але метод має властиву упередження відбору для більших планет. Автор зображення: NASA, ESA, Г. Бекон (STSci)
У цій новій роботі Келлер і Хіпке застосували інший підхід. Замість того, щоб шукати сходинки, де світло зірок то там, то блокується, то знову повертається, вони зробили щось інше. Вони розробили більш детальну фізичну модель варіацій зоряного затемнення. Вони називають це Транзитний алгоритм найменших квадратів (TLS). . Цей алгоритм оптимізовано для пошуку менших планет і допомагає пом’якшити вбудований вибір Кеплера.
«Наше покращення особливо важливо для пошуку малих планет розміром із Землю», — пояснює Хеллер. «Планетарний сигнал настільки слабкий, що майже повністю прихований у шумі даних. Наша нова маска пошуку трохи краще відокремлює справжній екзопланетний сигнал від шуму в критичних випадках», — додає Хеллер.
У цьому випадку команда виявила не одну, а дві нові екзопланети-кандидати в системі К-160. Загалом це чотири планети.
«Наш аналіз показує, що навколо Kepler-160 обертаються не дві, а всього чотири планети», – сказав Хеллер.
Один з них, K160d, тягнув за K160c. Але це другий, який викликає інтерес. Друга нова планета все ще не підтверджена, і вона не показала жодних транзитів перед своєю зіркою. Тому він носить назву KOI-456.04, що означає Kepler Object of Interest 456.04.
KOI-456.04 має радіус 1,9 радіуса Землі, тому він значно більший за Землю. Але його орбітальний період становить 378 днів, дуже схожий на земний. І зірка, навколо якої вона обертається, дуже схожа на Сонце, тому кількість інсоляція він отримує дуже схожий на земний. Мало того, але на відміну від усіх екзопланет, які обертаються навколо червоних карликів і, отже, отримують свою інсоляцію як інфрачервону енергію, KOI-456.04 отримує свою енергію у видимому світлі. Так само, як Земля.
Більшість екзопланет із місії «Кеплер» мають розміри з Нептун і знаходяться на відносно близьких орбітах навколо своїх зірок, де температура на цих планетах була б занадто високою для рідкої поверхневої води (третя панель зверху)..Майже всі планети розміром із Землю, як відомо, мають потенційно схожі на Землю температури поверхні, обертаються навколо зірок червоних карликів, які випромінюють не видиме світло, а інфрачервоне випромінювання (нижня панель). Земля знаходиться на правильній відстані від Сонця. мати температури поверхні, необхідні для існування рідкої води. Щойно відкрита планета-кандидат KOI-456.04 і її зірка Кеплер-160 (друга панель зверху) мають велику схожість із Землею і Сонцем (верхня панель). Автор зображення: MPS / Рене Хеллер
Він отримує близько 93% енергії, яку отримує Земля. Отже, якщо він має відносно інертну атмосферу з помірним парниковим ефектом, температура його поверхні буде близько +5 градусів Цельсія. І навіть незважаючи на те, що це приблизно на 10 °C нижче середньої температури поверхні Землі, вона все ще достатньо тепла, щоб рідка вода зберігалася.
Загальна картина полягає в тому, що ця нещодавно відкрита планета знаходиться в дуже подібних відносинах зі своєю зіркою, як Земля і Сонце. Він сидить у зоні життя своєї зірки дуже схожим на Землю. Тож у цьому сенсі це може бути найбільш схожа на Землю екзопланета, яку ми ще виявили, навіть якщо її радіус майже вдвічі перевищує радіус Землі.
Більшість виявлених екзопланет є негостинними газовими гігантами, які обертаються навколо червоних карликів. Однозначно не схожий на Землю. Враження художника про холодну червону зірку та газову планету-гігант NGTS-1b на тлі Чумацького Шляху. Авторство: Університет Уорвіка/Марк Гарлік.
«KOI-456.01 є відносно великим у порівнянні з багатьма іншими планетами, які вважаються потенційно придатними для життя. Але саме поєднання цієї менш ніж у два рази розміру планети Земля та її зірки-господаря сонячного типу робить її настільки особливою та знайомою», – пояснює Хеллер.
Звичайно, KOI-456.04 все ще є лише екзопланетою-кандидатом, існування якої ще не підтверджено. Це може бути просто помилка вимірювання або навіть статистична випадковість. Хеллер та його колеги кажуть, що зараз, ймовірність того, що це справді планета, становить приблизно 85%. Щоб офіційно вважатися планетою, це число має становити 99%. Щоб підтвердити це, знадобляться подальші спостереження за допомогою потужного наземного телескопа, а ще краще — спостереження з майбутніми космічними телескопами.
Це відкриття ставить питання для астрономічної спільноти. Коли для опису планети слід використовувати прізвисько «Землеподібне»? Особливо зараз, коли було відкрито цю справді схожу на Землю планету, і враховуючи, що, якщо ми станемо краще виявляти екзопланети розміром із Землю, через кілька років їх, ймовірно, будуть десятки, сотні або навіть тисячі.
Тип зірки має вступити в гру, коли ми класифікуємо планети як Землеподібні. Більшість екзопланет обертаються навколо червоних карликів, найпоширенішого типу зірок Чумацького Шляху. Вони тьмяні, прохолодні і схильні до сильних спалахів. Ці спалахи будуть мучити будь-яку планету, що знаходиться занадто близько, і зробити життя дуже малоймовірним. Чи можна вважати планети, що обертаються навколо цих зірок, подібними до Землі?
Художня концепція події суперспалаху на карликовій зірці. Наскільки схожою на Землю може бути планета, якщо вона зазнає такого типу інтенсивних подій? Автор зображення: Марк Гарлік/Університет Уорвіка
Існує певний контекст для використання терміну, схожого на Землю, для опису екзопланет. За останні півтора десятиліття ми відкрили понад 4000 підтверджених екзопланет, і тепер ми знаємо, що велика кількість з них очікує на відкриття в Чумацького Шляху. І більшість із цих 4000 – газові гіганти. Це планети розміром з Нептун, приблизно в 4 рази більші за Землю.
Тому, коли астрономи знаходять невелику планету, ймовірно, кам’янисту, і отримує таку кількість енергії від своєї зірки, яка подібна до тієї, яку отримує Земля від Сонця, її часто позначають міткою «Схожа на Землю». Нічого нечесного там немає.
Але більшість людей, ймовірно, погодяться, що будь-яка планета, яка неодноразово зазнавала сильних спалахів, безумовно, не схожа на Землю. Земля є лише Землею через її доброзичливість із Сонцем. Чи слід обмежити термін «землеподібний» планетами, подібними до Землі, які також обертаються навколо зірок, подібних до Сонця? Можливо.
У майбутньому ми будемо описувати планети як Землю лише тоді, коли вони також мають подібний Місяць? На цьому зображенні показано зображення дальньої сторони Місяця, освітленої сонцем, коли вона перетинається між поліхроматичною камерою Землі космічного корабля DISCOVR ( EPIC) камера і телескоп, а Земля – на відстані мільйона миль. Авторство: NASA/NOAA
А як же Місяць? Місяць Землі має стабілізуючий вплив на клімат Землі, пом’якшуючи коливання Землі на її осі. Місяць також має величезний вплив на припливи і відпливи, і це може бути як стрибком, так і прискоренням життя на Землі . У майбутньому ми будемо говорити не про планети, подібні до Землі, а про розташування, подібні до Землі і Сонця? Або аранжування на зразок Землі-Сонця-Місяця?
Звісно, ми навіть не в змозі виявити екзомісячні. Ще ні. Але колись ми будемо.
Тоді нам доведеться ще раз переосмислити нашу мову та категоризації.
Більше:
- Прес-реліз: Слаба схожість Сонця і Землі
- Науково-дослідна робота:Транзитне опитування методом найменших квадратів. III. A 1.9Р?Транзитний кандидат у житловій зоні Kepler-160 і нетранзитній планеті, що характеризується змінами часу транзиту
- Всесвіт сьогодні: Тепер, коли TESS працює, за оцінками астрономів, він знайде 14 000 планет. 10 Це можуть бути світи, схожі на Землю, у зоні проживання сонячної зірки