Dai vita a mondi: esopianeti

Quando il telescopio spaziale Kepler ha terminato la sua missione, iniziata nel marzo 2013, nell'ottobre 2009 a causa di un fallimento, gli scienziati hanno espresso ad alta voce la loro soddisfazione per i suoi risultati. Tuttavia, si è scoperto che l'avventura di caccia al pianeta non è finita qui. Non solo perché Kepler sta trasmettendo di nuovo, ma anche per i molti nuovi modi per rilevarli.

Il telescopio, ruotando in un'orbita eliocentrica, cioè ruotando attorno al Sole come la Terra, doveva esplorare la luminosità di 150 1. Stelle simili al Sole che circondano le costellazioni del Cigno e del Liuto (XNUMX). Per diversi anni ha inviato costantemente segnali sulle scoperte successive. esopianeta.

Tra i primi c'erano Kepler-4b, 5b, 6b, 7b e 8b. Ognuno di loro ruota attorno alla sua stella a poca distanza da essa (l'anno su questi pianeti è di pochi giorni). Sono tutti enormi, circa quattro volte più grandi della Terra (Kepler-4b ha un raggio di 1,5 raggi di Giove). Le prime scoperte hanno confermato le ipotesi precedenti sulla comunità dei pianeti nello spazio.

Tuttavia, questi erano oggetti ultraterreni, quindi non c'era sensazione. Nel settembre 2011, i ricercatori del SETI Institute in California, analizzando i dati di Kepler, hanno scoperto il sistema Kepler-16 (200 anni luce dalla Terra).

È costituito da due stelle: una nana rossa con una massa di 0,2 masse del nostro Sole e una nana arancione (con una massa di 0,62 masse del nostro Sole), attorno alla quale ruota un gigante di tipo Giove.

1. Area di ricerca di esopianeti al momento

È stato il primo sistema stellare binario con un pianeta scoperto dai cosiddetti transiti. Sta nel fatto che quando il pianeta satellite di una stella si sposta davanti al suo disco, ne provoca il periodico oscuramento (toglie parte della sua radiazione). Analizzando l'intensità e la durata di questo fenomeno, puoi calcolare il raggio del pianeta e il periodo della sua applicazione.

Nel dicembre 2011 è arrivata la notizia che Kepler aveva scoperto due pianeti, uno delle dimensioni della Terra e uno più piccolo nel sistema Kepler-20 situato a Lut, a 950 anni luce di distanza, con cinque pianeti, di cui Kepler-20e è più piccolo di Venere, il raggio di Kepler-20f è quasi uguale al raggio della Terra. Purtroppo nessuno di questi pianeti si trova nella cosiddetta zona abitabile, cioè la regione attorno alle stelle (non troppo vicina ad esse), adatta alla vita, dove può esistere acqua liquida.

Questa zona viene spesso definita la "Zona dei riccioli d'oro", riferendosi ai motivi di una popolare fiaba per bambini. È "giusto per la vita". Tuttavia, Kepler-20e e 20f non si trovano in questa zona e, troppo vicini alla loro stella, e la loro temperatura superficiale è di 500-760°C. Come puoi vedere, la tensione stava salendo, ma eravamo ancora davanti al culmine dello spettacolo cosmico che il telescopio ci aveva regalato.

Dopo i primi due anni del suo lavoro, i ricercatori hanno riconosciuto che, sebbene Keplero avesse scoperto nuovi pianeti, il più delle volte erano corpi grandi diverse volte la Terra e di solito orbitanti molto vicino alle loro stelle madri. Nel 2013, Keplero ha finalmente trovato ciò che ha fatto battere più forte il cuore degli altri cercatori della Terra.

Nel sistema Kepler-62, che consiste in una nana arancione (70 per cento della massa del nostro Sole) e cinque pianeti, due - Kepler-62e e Kepler-62f - sono solo leggermente più massicci della Terra e giacciono nella zona abitabile . 62f ha un raggio di 1,4 raggi terrestri, è un pianeta roccioso e orbita attorno alla sua stella in 267 giorni. Un anno fa, a loro volta, le fantasie sull'apparizione del pianeta Kepler-186f nella costellazione del Cigno, il prossimo nella lista delle "seconde Terre", sono apparse sui media mondiali.

Deve la sua fama alle sue dimensioni - molto simili alla Terra - ea ciò che si trova nella zona della vita. Kepler-186f è uno dei cinque pianeti delle dimensioni della Terra in un sistema stellare a circa 500 anni luce dal Sole. Ma solo si trova in una zona residenziale. Il resto è troppo vicino alla stella.

Benefici del transito

Il primo pianeta extrasolare è stato scoperto all'inizio degli anni '90. La squadra di pionieri includeva il radioastronomo polacco Alexander Wolszan. Ruota attorno a una pulsar, cioè una stella di neutroni che emette impulsi di radiazione con insolita regolarità. Quando una pulsar ha una compagna planetaria, la regolarità degli impulsi viene interrotta. Non ci sono molte pulsar nello spazio, quindi è difficile considerarle come base per la ricerca. esopianeta.

2. Metodi per rilevare gli esopianeti in termini storici.

Pertanto, sono stati sviluppati altri metodi, come la spettroscopia Doppler, che studia le velocità radiali delle stelle. Questa velocità oscilla quando la stella ha un compagno in orbita (in questo caso, un pianeta) che la colpisce sotto l'influenza della gravità.

Quindi la stella si allontana un po' dall'osservatore e si avvicina a lui. Quando si allontana, la velocità è positiva (le righe spettrali della stella vengono spostate verso lunghezze d'onda maggiori).

E viceversa quando la stella si avvicina. Finora, gli studi sulla velocità radiale sono stati usati più spesso nelle osservazioni dalla Terra.

È improbabile che i pianeti terrestri minori si trovino in questo modo. Pertanto, i cacciatori di alieni usano molto spesso il suddetto metodo chiamato transito. Alla sua base si trova l'osservatorio spaziale Keplero.

Il telescopio è attrezzato fotometro 95 cm (una specie di telescopio), con una matrice composta da quarantaquattro circuiti CCD molto sensibili, cioè utilizzati nelle moderne fotocamere digitali. La risoluzione totale del telescopio Kepler è di 95 megapixel. Esistono altri metodi per la ricerca di pianeti alieni: la tecnica del microlensing gravitazionale, l'astrometria e l'osservazione diretta, ma attualmente il metodo del transito è dominante. Circa il 95 percento viene rilevato grazie a lui esopianeta (2).

Le dimensioni non sono l'unica cosa che conta

Si stima che il 17 per cento delle stelle nella nostra galassia abbia un pianeta o pianeti terrestri, cioè. con una massa paragonabile alla massa della Terra (3). Sebbene la maggior parte di loro segua orbite strette simili a quelle di Mercurio, ruotano attorno a stelle diverse, alcune delle quali sono molto più piccole del Sole. Secondo gli scienziati, circa la metà di tutte le stelle della Galassia ruota vicino a pianeti di dimensioni diverse, il che significa che sono paragonabili alla Terra e più grandi.

Si scopre che almeno due terzi delle stelle nella Via Lattea hanno pianeti. Il loro numero è attualmente stimato a circa 400 miliardi. Supponendo che i pianeti di solito non esistano isolati, le nostre stime si trasformano in centinaia di miliardi di pianeti. Ci sono almeno 17 miliardi di pianeti delle dimensioni della Terra nella nostra galassia.

Il numero è stato annunciato nel 2013 dagli scienziati dell'Astrophysical Center dell'Università di Harvard, basato principalmente sulle osservazioni effettuate con il telescopio spaziale Kepler. Naturalmente, questi dati non dovrebbero essere presi nel senso che ognuno di questi diversi miliardi di pianeti ha condizioni favorevoli per la vita. Una taglia non basta. È anche importante allontanarsi dalla stella attorno alla quale ruota il pianeta (4).

Nel novembre 2013, l'Ames Research Center in California ha ospitato una conferenza scientifica, la struttura della NASA che gestisce la missione Kepler, per riassumere i progressi scientifici risultanti dal lavoro del telescopio. Secondo gli scienziati che hanno parlato lì, ogni quinta stella paragonabile al Sole (cioè le nane gialle) “dovrebbe” avere almeno un pianeta terrestre (cioè di dimensioni, massa e temperatura comparabili). Potrebbe nascere su di esso e sopravvivere nella vita, come lo conosciamo dalla Terra.

Tuttavia, va riconosciuto che per la maggior parte es.pianeta estremamente vario. Sono disponibili in diverse dimensioni e composizioni. Alcuni di loro non si adattano a tutto ciò che sappiamo sui pianeti dalle osservazioni del nostro sistema solare. Alcuni sono più neri del carbone, altri si bagnano in un mare di lava, altri annegano negli oceani o sferzano con una pioggia di diamanti.

4. La zona della vita nei sistemi planetari a seconda della temperatura della stella

K2 o reincarnazione

Kepler La prima ruota di reazione del telescopio Kepler ha smesso di funzionare nel luglio 2012. Ce n'erano altri tre che permettevano alla sonda di navigare nello spazio. Sembrava che Keplero sarebbe stato in grado di continuare a osservare fino al 2016. Sfortunatamente, a maggio 2013, la seconda ruota si è guastata. Sono stati fatti tentativi per utilizzare propulsori correttivi per posizionare l'osservatorio, ma il carburante si è esaurito rapidamente.

A metà ottobre 2013, la NASA ha annunciato che Keplero non avrebbe più cercato pianeti. E ancora da maggio 2014, una nuova missione è stata condotta da un eccezionale cacciatore di esopianeti, chiamato dalla NASA K2. (5). Ciò è stato possibile grazie all'uso di tecniche leggermente meno tradizionali. Poiché il telescopio non sarebbe in grado di funzionare con due ruote di reazione funzionanti (ne servono tre), gli scienziati della NASA hanno deciso di utilizzare la pressione della radiazione solare come una "ruota di reazione virtuale".

Questo metodo si è rivelato efficace nel controllo del telescopio. Nell'ambito della missione K2, sono già state effettuate osservazioni su decine di migliaia di stelle. Nel dicembre 2014, è stato riferito che nel sistema stellare KOI-3158, situato a 117 anni luce dalla Terra, non ci sono solo cinque cosiddetti pianeti simili alla Terra, ma sono entrambi es.pianeta il più antico ritrovato.

La scoperta è stata fatta da un team di astronomi e astrofisici guidato da Thiago Campante dell'Università di Birmingham, che sta analizzando le osservazioni dal K2. Si stima che il sistema stellare KOI-3158, che in realtà fa parte di un sistema stellare triplo con due nane M, abbia più di 11 miliardi di anni. Il sistema planetario nella costellazione della Lira, tuttavia, non è come il nostro perché tutti e cinque i pianeti orbitano attorno a una stella più vicina di Mercurio in meno di dieci giorni.

K2 porta nuove scoperte quasi ogni mese, perché all'inizio del 2015 abbiamo appreso dell'esistenza del sistema planetario EPIC 201367065, in cui sono stati scoperti tre piccoli esopianeti super-Terra. In totale, nei primi mesi del 2015, sedici esopianeta, quindici di loro erano con K2.

La maggior parte di queste strutture sono relativamente piccole. L'attuale elenco dell'Enciclopedia dei pianeti extrasolari (marzo 2015) include 1906 esopianeti confermati. Gli altri elenchi sono leggermente diversi nei valori, ma nessuno di loro ha ancora superato i 2000 pianeti extrasolari.

5. Visualizzazione delle aree di ricerca nella missione K2 - il telescopio Kepler

Possibile dalla Terra

Sempre più da scoprire esopianeta vengono utilizzati strumenti a terra. Si stanno costruendo anche nuovi osservatori, il cui scopo principale è quello di rilevare e raccogliere dati sui pianeti in orbita attorno ad altre stelle. Questo è il motivo per cui il Minerva (Miniature Exoplanet Radial Velocity Array) è stato creato in Arizona in Arizona. È anche un esempio di un nuovo approccio a basso costo per la ricerca di pianeti.

6. Piccoli telescopi HATNet a confronto con un grande osservatorio

Invece di enormi telescopi del valore di milioni, il progetto Minerva utilizza telescopi più piccoli disponibili sul mercato. Quattro di questi dispositivi, 70 cm di diametro e 2,5 m di lunghezza, prodotti da PlaneWave costano 200 PLN ciascuno. Foro. a tutti e a disposizione degli hobbisti interessati che possono permettersi la spesa.

All'Osservatorio di Minerva, la luce di tutti e quattro viene diretta a uno spettrografo, che la divide in diverse lunghezze d'onda. Ciò consente di osservare piccoli cambiamenti nel movimento delle stelle rispetto alla Terra.

Questo, a sua volta, indica i corpi in orbita attorno a questi soli lontani e consente di calcolarne le masse. Minerva permette anche di misurare piccoli cambiamenti di luminosità quando gli oggetti si muovono tra il disco di una stella e la Terra. Si concentra su 164 punti vicini nello spazio che sono stati scelti per la loro potenziale "efficienza planetaria".

L'idea di utilizzare telescopi relativamente piccoli ed economici per catturare esopianeti è già utilizzata in molti luoghi del mondo. Ad esempio, la rete di telescopi HATNet (6), creata da Gaspar Bakos dell'Università di Princeton dieci anni fa, utilizza dispositivi di appena 10 cm di diametro e ha pubblicato pubblicazioni su 56 pianeti scoperti.

La rete gemella HATSouth gestisce 24 telescopi situati nell'emisfero meridionale in Australia, Namibia e Cile. La creazione di una rete distribuita e il suo coordinamento consentono un'osservazione più accurata dei transiti planetari. Dall'inizio del 2014, Automated Planet Finder lavora in cima a una montagna della California. Ha già individuato due possibili sistemi planetari.

I dati raccolti costituiranno la base per ulteriori osservazioni utilizzando il Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), il cui lancio nello spazio è previsto nel 2017. Greg Laughlin dell'Università della California a Santa Cruz, che è coinvolto nella raccolta di dati, compreso l'osservatorio, ha recentemente detto a NewScientist che parlare di "caccia" es.pianetama piuttosto di “collezionarli”.

Annusa segni di vita

Il metodo di transito dice poco sul pianeta stesso. Puoi usarlo per determinarne le dimensioni e la distanza dalla stella. Un metodo per misurare la velocità radiale può aiutare a determinarne la massa. La combinazione dei due metodi permette di calcolare la densità. Puoi dare un'occhiata più da vicino esopianeta? Si scopre che lo è. La NASA ha già visto pianeti migliori come Kepler-7b, per il quale i telescopi Kepler e Spitzer hanno mappato le nuvole nell'atmosfera.

7. Prima immagine dal Gemini Planet Imager - sistema Beta Pictoris b

Si è scoperto che questo pianeta è troppo caldo per le forme di vita a noi note. Fa caldo da 816 a 982°C. Tuttavia, il fatto stesso di una descrizione così dettagliata è un grande passo avanti, dato che si tratta di un mondo che è distante da noi cento anni luce.

Sarà utile anche l'ottica adattiva, utilizzata in astronomia per eliminare i disturbi causati dalle vibrazioni atmosferiche.

Il suo utilizzo è controllare il telescopio con un computer in modo da evitare distorsioni locali dello specchio (dell'ordine di pochi micrometri), correggendo così gli errori nell'immagine risultante.

Ecco come funziona il Gemini Planet Imager (GPI) situato in Cile. Lo strumento è stato lanciato per la prima volta nel novembre 2013. GPI utilizza rilevatori a infrarossi e sono abbastanza potenti da rilevare lo spettro luminoso di oggetti tanto scuri e distanti quanto loro. es.pianeta.

Grazie a questo, sarà possibile saperne di più sulla loro composizione. Il pianeta Beta Pictoris b (7) è stato scelto come uno dei primi bersagli di osservazione. In questo caso, il GPI funziona come un coronografo solare, cioè copre il disco di una stella lontana per mostrare la luminosità di un pianeta vicino.

È stato con l'aiuto dell'ottica adattiva che l'Osservatorio Palomar di San Diego, in California, ha scoperto pianeti nel sistema stellare quadruplo 30 Ari nella costellazione dell'Ariete (8), a 136 anni luce dalla Terra.

Per riferimento, il primo pianeta in un sistema a quattro stelle così esotico, KIC 4862625, è stato scoperto nel 2013 da astronomi dilettanti che analizzavano i dati di Keplero.

Questo mostra solo che questo non è un fenomeno molto raro e i sistemi quadrupli costituiscono un quinto delle stelle simili al sole conosciute (9). La chiave per osservare i "segni di vita" è la luce di una stella in orbita attorno al pianeta.

Luce che attraversa l'atmosfera es.pianeta lascia una traccia specifica che può essere misurata dalla Terra con metodi spettroscopici, ad es. analisi della radiazione emessa, assorbita o diffusa da un oggetto fisico. Un approccio simile può essere utilizzato per studiare le superfici degli esopianeti. Tuttavia, c'è una condizione. La superficie del pianeta deve assorbire o disperdere sufficientemente la luce.

I pianeti in evaporazione, cioè i pianeti i cui strati superiori galleggiano in una grande nuvola di polvere, sono buoni candidati. A quanto pare, possiamo anche riconoscere cose come la nuvolosità su un pianeta a distanza. L'esistenza di un denso velo di nuvole intorno esopianeta GJ 436b e GJ 1214b sono stati dedotti dall'analisi spettroscopica della luce dalle loro stelle madri.

Entrambi i pianeti sono classificati come "super-Terre". GJ 436b si trova a 36 anni luce dalla Terra nella costellazione del Leone. GJ 1214b si trova nella costellazione dell'Ofiuco, a 40 anni luce di distanza. Il primo è di dimensioni simili a Nettuno, ma molto più vicino alla sua stella rispetto al pianeta conosciuto dal sistema solare. Il secondo è più piccolo di Nettuno, ma molto più grande della Terra.

9. Visione del mondo in un sistema stellare triplo

Le cose europee accadranno

L'Agenzia Spaziale (ESA) è attualmente al lavoro su un satellite il cui compito è quello di caratterizzare accuratamente e conoscere le strutture già note esopianeta (CHEOPS). Il lancio di questa missione è annunciato per il 2017. La NASA, a sua volta, vuole inviare nello stesso anno nello spazio il suddetto satellite TESS, che si concentrerà principalmente sulla ricerca di pianeti terrestri, circa 500 XNUMX. stelle più vicine a noi.

10. Una delle visualizzazioni del telescopio James Webb

Il piano è quello di scoprire almeno trecento pianeti della "seconda Terra". Entrambe queste missioni si basano sul metodo di transito. Nel febbraio 2014 l'Agenzia Spaziale Europea ha approvato la missione PLATO.

Secondo il piano attuale, dovrebbe iniziare nel 2024 e cercare pianeti rocciosi con contenuto d'acqua. Queste osservazioni possono consentire - allo stesso modo in cui i dati di Keplero sono stati utilizzati per questo - di cercare anche le elune.

La sensibilità di PLATO sarà paragonabile a quella del telescopio Kepler. L'ESA europea ha sviluppato il programma Darwin molti anni fa. La NASA aveva un simile "cerca pianeta" - TPF (Terrestrial Planet Finder).

Lo scopo di entrambi i progetti era studiare pianeti simili alla Terra in termini di presenza di gas nell'atmosfera, che segnalano condizioni favorevoli per la vita. Entrambi includevano le idee audaci di creare una rete di telescopi spaziali che collaborassero alla ricerca di telescopi simili alla Terra. esopianeta.

Tuttavia, dieci anni fa queste tecnologie non erano sufficientemente sviluppate e i programmi sono stati ridotti. Fortunatamente, non tutto è andato sprecato. Arricchiti dall'esperienza della NASA e dell'ESA, stanno attualmente lavorando insieme al James Webb Space Telescope, che sarà lanciato nello spazio nel 2018 (10). Grazie ad un grande specchio di 6,5 metri sarà possibile studiare le atmosfere di grandi pianeti.

Ciò consentirà agli astronomi di rilevare tracce chimiche di ossigeno e metano. Riceveremo già informazioni specifiche sulle atmosfere degli esopianeti, il prossimo passo per affinare la conoscenza di questi mondi lontani. Vari team stanno lavorando alla NASA per ulteriori ricerche in questo settore. Uno di questi meno conosciuto e ancora nelle sue fasi iniziali è Starshade.

Stiamo parlando di ombreggiare la luce di una stella con qualcosa come un ombrello, alla periferia del quale si potrebbero osservare i pianeti. Analizzando le lunghezze d'onda, sarebbe possibile determinare le componenti della loro atmosfera. La NASA valuterà il progetto quest'anno o il prossimo e deciderà se la missione ne vale la pena. Se la missione Starshade verrà lanciata, avverrà nel 2022.

Exo-lune aspettano dietro le quinte esopianeta Gli astronomi sono anche alla ricerca di eso-lune, quelle che hanno una possibilità ancora migliore di avere la vita rispetto ai pianeti su cui orbitano. Tradizionalmente, gli astronomi sono interessati alle zone vitali (ecosfere) nei sistemi stellari. Tuttavia, le elune complicano questa semplice immagine. La radiazione solare non è l'unico modo per riscaldarsi.

Il pianeta natale può fornire alla luna energia aggiuntiva attraverso la contrazione gravitazionale e l'allungamento, un processo chiamato riscaldamento delle maree. Ciò consente alla Luna al di fuori della sua zona vitale di mantenere tutto il calore necessario per sostenere l'acqua liquida. Questo fenomeno almeno raddoppia le dimensioni della zona vitale. La luna Europa, ad esempio, sperimenta il forte campo gravitazionale di Giove.

Ciò mantiene fluidi gli oceani ghiacciati. Uno dei metodi di rilevamento esopianeta Il microlensing si basa sul fenomeno della flessione della luce sotto l'influenza della gravità quando un oggetto passa tra noi e una stella lontana. La sua gravità concentra la luce come una lente e la luminosità della stella aumenta periodicamente. Durante le recenti osservazioni con il telescopio MOA-II in Nuova Zelanda, gli astronomi hanno notato un forte aumento della luminosità della stella, seguito un'ora dopo da un altro aumento più debole.

Di conseguenza, davanti al disco stellare deve essere passato un oggetto grande, accompagnato da uno più piccolo. Il rapporto di massa misurato di entrambi gli oggetti era di circa 2000:1. Secondo alcuni astronomi, la Luna che l'accompagna potrebbe segnare la sua presenza facendo oscillare leggermente il pianeta. In pratica, questo significa che il transito del pianeta potrebbe essere ritardato o accelerato oltre quanto previsto.

Forse c'è anche un'ulteriore diminuzione della luminosità della stella dovuta alla Luna stessa? Nell'ambito del programma Hunt for Exmoons with Kepler (HEK), un team di ricercatori ha selezionato 250 esopianeti per studiare i satelliti. Il lavoro è lento e noioso per analizzare ogni pianeta a turno utilizzando programmi per computer in grado di rilevare deviazioni e ulteriori cambiamenti di luminosità.

Gli scienziati hanno analizzato diciassette pianeti in due anni. Quindi la caccia alla prima luna lunare confermata potrebbe richiedere del tempo. Tuttavia, quando verrà finalmente sviluppato un metodo appropriato, il loro numero potrebbe superare rapidamente il numero dei pianeti. Dopotutto, nel nostro sistema solare ci sono solo otto pianeti e ben 145 lune (e altre 28 attendono conferma). Come puoi vedere, questo moltiplica il numero di mondi da centinaia di miliardi a centinaia in più.