Екзопланета в задния ни двор: проектът „Бледа Червена Точка“ докладва за откритие на планета около звездата Проксима в съзвездието Центавър, най-близката звезда до слънчевата система


Проектът и крилатата фраза: В края на 80-те години на миналия век гениалният популяризатор на астрономията Карл Сейгън предлага да се използва една от космическите станции „Вояджер“, които вече са пресекли орбитите на Юпитер и Сатурн, за да се направи снимка на Земята. Идеята е осъществена в началото на 1990 година (тя може да се види тук: https://en.wikipedia.org/wiki/Pale_Blue_Dot). По-късно Сейгън коментира, че „всяко човешко същество, който някога е живяло, е изживяло живота си“ на тази бледа синя точка.

Създателите на проекта „Бледа червена точка“ (https://palereddot.org/), макар и активни учени-изследователи, също са и популяризатори. Те променят символичната фраза на Сейгън за да отразят правилно червения цвят на най-близката до Слънцето звезда – Проксима. Проксима е най-близкия до Слънчевата система член на система от три звезди, заедно с много по-известната двойна звезда Алфа Центавър А и Б. Проксима е пренебрегната от вниманието на широката публика, вероятно защото не е ярка – макар да е близка до нас, тя е слаба и студена червена звездичка и принадлежи към клас, който астрономите наричат М. За разлика от Алфа Центавър, Проксима е невидима за човешкото око – в оптичния диапазон, в който са чувствителни нашите очи, тя е приблизително сто пъти по-слаба, от най-слабите звезди, който хора с отлично зрение могат да видят.

Проектът „Бледа червена точка“ е замислен като съчетание на научно и популяризаторско начинание: на страницата му е отразен в подробности процесът на правене на наука, от идеята, през наблюденията и тяхната обработка, до подготовката и публикуването на научната статия (https://www.eso.org/public/announcements/ann16002/).

Методът: Проектът „Бледа червена точка“, ръководен от Гуем Англада-Ескуде от Университета Куин Мери в Лондон (http://astro.qmul.ac.uk/directory/g.anglada; https://www.researchgate.net/profile/Guillem_Anglada-Escude), използва добре известния метод на радиалните скорости. С помощта точно на този метод през 1995 година швейцарските астрономи Майор и Коло откриха първата екзопланета около звезда от слънчев тип – 51 Пегас б (https://en.wikipedia.org/wiki/51_Pegasi_b).

Методът не изисква да се „види“ директно една планета, достатъчно е да се „вижда“ звездата. Използва се факта, че звездата и нейната планетата се движат по орбити около общ център на масата, който не съвпада с центъра на звездата. Разбира се, орбитата на звездата е много по-малка от орбитата на планетата. При движението по орбитата си звездата се отдалечава или приближава към нас, при което нейният спектър се измества заради ефекта на Доплер. Съвременните астрономически инструменти са в състояние да регистрират това отместване.

В чисто практически аспект методът се заключава в получаване на множество спектри през достатъчно дълъг интервал от време, който трябва да покрие поне веднъж периода на планетата. После се измерва радиалната скорост на звездата от всеки спектър, и по получената крива на скоростите се определят периода и амплитудата на кривата на радиалната скорост, а от там, по закона на Кеплер, се определя отношението между масите на планетата и на звездата.

Анимация, която добре илюстрира метода може да се види тук:

http://images.google.de/imgres?imgurl=https%3A%2F%2Fupload.wikimedia.org%2Fwikipedia%2Fcommons%2F3%2F33%2FESO_-_The_Radial_Velocity_Method_%28by%29.jpg&imgrefurl=https%3A%2F%2Fen.wikipedia.org%2Fwiki%2FDoppler_spectroscopy&h=2094&w=2374&tbnid=gLybRk9ZRxgSuM%3A&docid=KwG2Ep3qqhCr6M&ei=QG69V5DvCIfVsAHnna7oDw&tbm=isch&iact=rc&uact=3&dur=1031&page=1&start=0&ndsp=36&ved=0ahUKEwiQj6nc49nOAhWHKiwKHeeOC_0QMwgcKAAwAA&bih=1076&biw=1379

Откритието: около Проксима има планета, с маса 1.4 пъто по-голяма от масата на Земята. Планетата се движи по орбита с период 11.2 дни и радиус 0.05 астрономически единици (около двадесет пъти по-близо до Проксима, отколкото Земята е до Слънцето; една астрономическа единица е равна на радиуса на земната орбита). Планетата се намира близо до външната граница на обитаемата зона на Проксима и получава от своята звезда около 65% от енергията, която Земята получава от Слънцето; не е изненадващо, че новата планета е по-студена от Земята – температура на повърхността ѝ е около 235 градуса по скалата на Келвин, или четиридесет градуса под нулата по скалата на Целзий. По този параметър новата планета по-скоро прилича на Марс.

Но това не е цялата история – много вероятно планетата има период на денонощно въртене, равен на орбиталния период, т.е. тя винаги е обърната към звездата с една и съща страна (подобно на това как Луната винаги е обърната към Земята с една и съща страна). Следователно, на повърхността на планетата има голяма температурна разлика между страните с вечен ден и с вечна нощ.

Друго усложнение идва от възможността планетата да има атмосфера – ако тя е достатъчно плътна, парниковият ефект е в състояние да повиши температурата на повърхността ѝ над точката на замръзване на водата.

Кривата на радиалната скорост намеква – това е най-подходящата дума – за наличието на още един обект в системата на Проксима, защото след премахването на сигнала от новооткритата планета, остава още един сигнал, под формата на бавна промяна на лъчевата скорост на звездата. Ако наличието на това тяло бъде потвърдено, то ще има период, много по-голям от два месеца (колкото е продулжила последната кампания с HARPS).

Анализ:

– Откриването на планета почти в обитаемата зона на най-близката до Слънцето звезда е епохално откритие. Ако съществуването на планетата се потвърди, тя ще е най-близката до нас екзопланета. Тя има и потенциала да бъде най-близката обитаема планета до нас. Това са две „най“, който няма как да бъдат надминати, просто защото няма друга звезда, по-близка до Слънцето от Проксима. Наличието на планети от земен тип около Слунцето и най-близката до него звезда не е вероятно, освен ако планетите от земен тип не са широко разпространени във Вселената.

– В известен смисъл, откриването на планета около Проксима не е изненада, защото е известно, че на всяка звезда от М клас се пада поне по една планета; проблемът е, че част от М звездите имат по няколко планети, а друга част – нямат никакви (или са толкова малки, че все още не сме ги открили). Също така, като правило планетите в системите на М звездите са малки, не по-големи по маса от Нептун (който е 17 пъти по-тежък от Земята и 19 пъти по-малко масивен от Юпитер), така че и ниската маса на планетата не е изненада.

– Още от сега може да се каже, че планетата вероятно наистина съществува, главно защото сигналът, който тя произвежда, може да се проследи в наблюдения, които покриват почти десетилетие. По-рано той е бил приписван на активността на звездата, но този дълъг период, в който сигналът продължава неизменно да се наблюдава, изключва възможността той да е породен от активност на звездата, защото петната, които са причината да се „откриват“ несъществуващи планети обикновено не са стабилни за толкова дълго време. Нещо повече, паралелно с измерването на радиалната скорост, астрономите от проекта „Бледа червена точка“ са проследили и яркостта на Проксима, защото петната биха довели и до наличието на периодичен сигнал и в яркостта на звездата. Както се очаква за такава студена звезда, яркостта на Проксима се мени, но не със същия период като на новооткритата планета, което е допълнителен аргумент, че новата планета наистина съществува.

Въпроси и отговори:

– Има живот на новооткритата планета? – Не е известно.

Традиционно „обитеаема зона“ около една звезда е зоната, в която равновесните температурни на планетите, които я обикалят, ще са такива, че да позволят наличието на течна вода, т.е. ще са между нула и сто градуса Целзий. За Слънцето, което е много по-горещо и дава на планетите си повече енергия, обитаемата зона е по-далече и се намира приблизително между орбитите на Венера и Марс, но Венера е вече твърде гореща, а Марс е твърде студен. За Проксима в тази зона ще се намират планети с периоди между около 4 и 14 дни, но тези граници са размити, защото тяхното положение зависи не само от енергията, която планетите получават от звездата, а и от размера и масата на самите планети, от вида на повърхността и от характера на атмосферата им. В това отношение фактори са: отражателната способност, т.е. доколко повърхността на планетата отразява и доколко поглъща светлината на звездата; дали има парников ефект – ако Марс беше по-голям, на него би могъл да се поддържа парников ефект и съответно да има условия за наличие на течна вода.

Условията за обитаемост не зависят само от наличието на течна вода. Студени звезди от спектрален клас М като Проксима имат активни атмосфери. Това означава, че повърхността им често е покрита с петна, много повече и много по-големи от слънчевите петна. Петната са свързани с активност с чести избухвания и повишено ултравиолетово и рентгеново излъчване. С други думи, повърхността на планетата е бомбандирана със смъртоносна (за нас) радиация. Подобни обстоятелства правят живот – още веднъж подчертавам, живот като нашия – лошо приспособен за тази планета.

– Можем ли да посетим новооткритата планета? – Теоретично, да. Но да не забравяме, че Проксима е толкова далече от нас, че светлината от нея достига до Слънцето за около 4.2 години. Със съвременните химически ракетни технологии изпращането дори на автоматична станция до там ще изисква 70-80 хиляди години. Проектът Старчип (http://breakthroughinitiatives.org/Initiative/3; https://en.wikipedia.org/wiki/StarChip_%28spacecraft%29), който предвижда пътуване със скорост 15-20% от скоростта на светлината, в случай на успех, може да изпрати автомати до Проксима за 20-30 години. На този етап за пилотирана експедиция е трудно да се правят каквито и да е предположения.

– Може ли да видим новооткритата планета? Какво е това откритие без снимка? – За съжаление планетата е прекалено близо до звездата, за да бъде наблюдавана пряко: при радиус на орбитата 0.05 астрономически единици (една астрономическа единица е равна на радиуса на земната орбита, около 150 милиона километра), се вижда от разстояние от 1.3 парсека (около 4.2 светлинни годни) като ъгъл от около 0.04 ъглови секунди (1 ъглова секунда е равна на 1/3600 част от градуса). Най-добрите от съвременните телескопи могат да разграничат два обекта само ако те са на ъглово разстояние по-голямо от около 0.1 ъглова секунда и то ако яркостите им не са прекалено различни. Обаче следващото поколение инструменти, особено космическите коронографи вероятно ще могат. Нещо повече, много е вероятно откриването на тази планета ще ускори построяването на подобни инструменти, така че не е изключено след едно или две десетилетия да разполагаме със снимки на новооткритата планета.

– Каква е връзката на ЕСО (Европейската Южна Обсерватория; http://www.eso.org/public/) с това откритие? – Проектът „Бледа червена точка“ използва два спектрографа на ЕСО, за да мери радиалната скорост на Проксима: UVES (http://www.eso.org/sci/facilities/paranal/instruments/uves.html) и HARPS (http://www.eso.org/sci/facilities/lasilla/instruments/harps.html). Фотометричните наблюдения използват други, по-малки телескопи в Чили.

– Вие имате ли нещо общо с това откритие? – Не, аз не съм свързан по никакъв начин с проекта „Бледа червена точка“ и не сътруднича с нито един от участниците в него по никакви други проекти; служител съм на ЕСО, но работата ми не е свързана с нито един от използваните инструменти. С други думи, нямам конфликт на интереси.

Материали за пресата:

– съобщение за пресата на ЕСО: http://www.eso.org/public/news/eso1629/?lang и в „детска“ версия: http://www.eso.org/public/news/eso1629/kids/?lang

– научна статия с сп. Nature: http://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso1629/eso1629a.pdf

– видео с обяснения: https://www.eso.org/public/videos/eso1629a/

Любопитно: Проксима често се появява в научно-фантастичните произведения: https://en.wikipedia.org/wiki/Stars_and_planetary_systems_in_fiction#Proxima_Centauri_.28Alpha_Centauri_C.29

Advertisements

Leave a comment

Filed under astronomy, астрономия, наука, science

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s