Proxima b: Посмотрите, как может выглядеть Proxima b. Это планета ближайшей к нам звезды

Космос: Наука и техника: Lenta.ru

Астрономы обнаружили у самой близкой к Солнцу звезды потенциально обитаемую планету. Не исключено, что на «второй Земле» плотная атмосфера и есть океаны с жидкой водой. Помешать возникновению и поддержанию жизни на Proxima b может сильная ультрафиолетовая и рентгеновская радиация материнской звезды — Проксимы Центавра. Исследование о самом перспективном кандидате на обитаемость за пределами Солнечной системы опубликовано в журнале Nature.

Вокруг материнской звезды Proxima b вращается по почти круговой орбите на расстоянии 0,05 астрономической единицы (7,5 миллиона километров). Год на планете длится 11,2 суток. Proxima b примерно в 1,3 раза тяжелее Земли, а средняя температура поверхности близка к нулю градусов Цельсия — это всего на десять градусов ниже, чем у Земли, и на несколько десятков градусов выше, чем у Марса.

Материалы по теме:

Расстояние от нас до Проксимы Центавра — 4,24 светового года. Астрономы давно подозревали, что в ее окрестностях есть землеподобная планета. На это указывало компьютерное моделирование. К тому же больше всего экзопланет обнаружено именно у красных карликов. Открытие Proxima b было совершено посредством наблюдения доплеровского смещения спектра звезды, обусловленного гравитационным воздействием планеты. Работа выполнена на двух научных инструментах Европейской южной обсерватории — HARPS (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher) и UVES (Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph).

Хотя Proxima b близко расположена к светилу, она может быть обитаемой. Это объясняется природой красных карликов. Температура поверхности Проксимы Центавра более чем в два раза (почти на три тысячи кельвинов), масса — в десять раз, а светимость — на четыре порядка меньше, чем у Солнца. Такая комбинация параметров означает, что землеподобная планета должна располагаться намного ближе к звезде, чем Земля к Солнцу.

В зону обитаемости вблизи Солнца попадают Венера, Земля и Марс. Рассчитанный для Проксимы Центавра интервал обитаемости приходится на расстояния от 0,04 до 0,08 астрономической единицы от красного карлика. Небесное тело при этом должно делать полный оборот вокруг светила за 9,1-24,5 дня. Proxima b отвечает этим критериям, значит, на ней может быть жидкая вода, и, вероятно, существуют пригодные для жизни условия. Эти параметры вместе с относительной близостью к Земле сделали бы Proxima b самым привлекательным кандидатом на обитаемость вне пределов Солнечной системы, если бы не одно обстоятельство.

Сравнение параметров орбит Проксимы Центавра и Меркурия

Изображение: ESO / M. Kornmesser/G. Coleman

Красные карлики — одни из самых активных звезд во Вселенной. Рентгеновская вспышка, генерируемая Проксимой Центавра, примерно в 400 раз сильнее самой интенсивной солнечной вспышки. Данные по влиянию такого излучения на возникновение и поддержание жизни противоречивы. В одних работах сообщается, что разовые солнечные супервспышки способны запустить цепочку химических реакций с образованием соединений, без которых жизнь на Земле была бы невозможна. В других указывается, что супервспышки приводят к потерям атмосферы.

Материалы по теме:

В результате самых мощных вспышек на Солнце в окружающее пространство за несколько минут уходит до триллиона мегатонн в тротиловом эквиваленте. Это примерно пятая часть энергии, излучаемой Солнцем за одну секунду, и вся энергия, которую выработает человек за миллион лет (при условии ее производства современными темпами). Супервспышки происходят, как правило, на более крупных звездах спектральных классов F8-G8 — массивных аналогов Солнца (относящегося к классу G2). Эти светила обычно не быстро вращаются вокруг своей оси и могут находиться в составе тесной двойной системы. Мощность супервспышек превышает типичные солнечные вспышки в десятки тысяч раз, однако ученые не исключают возможность такого катаклизма и на Солнце.

Кроме того, вероятнее всего Proxima b находится в приливном захвате с Проксимой Центавра, то есть повернута к ней всегда одной стороной. Это означает, что одна половина небесного тела разогрета до высоких температур, а другая — всегда холодная. Однако это не столь страшно для возможной жизни. В плотной атмосфере возможны конвективные потоки, и в приграничных между холодными и горячими регионами областях могут установиться вполне комфортные температуры. Столь крупная планета, вероятнее всего, возникла на большем удалении от светила и с течением времени мигрировала к нему ближе. На примере Солнечной системы известно, что на таких небесных телах достаточно много воды.

Если у Proxima b, как и у Земли, есть собственное магнитное поле, воздействие радиации на планету может оказаться не столь сильным. В любом случае современными методами напрямую обнаружить у экзопланеты собственное магнитное поле невозможно. И дело это не быстрое. Те же наблюдения за красным карликом осуществлялись на Европейской южной обсерватории с 2000 по 2014 годы. Заподозрили существование Proxima b впервые в 2013 году. Данные окончательно подтвердились в ходе наблюдений, проведенных с 19 января по 31 марта 2016 года.

Проксима Центавра вместе с двойной звездой альфа Центавра, в которой светила находятся на расстоянии около 23 астрономических единиц друг от друга, вероятно, образует тройную систему — ближайшую к Солнцу. От двойной звезды Проксима Центавра удалена на десять тысяч астрономических единиц. Вопрос можно ли считать двойную альфа Центавра и одиночную Проксиму Центавра тройной системой, дискутируется. Но если это так, то красный карлик вращается вокруг пары солнцеподобных звезд с периодом более 500 тысяч лет.

Астрофизик Филип Любин из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре предлагает отправить туда флот небольших космических кораблей с солнечными парусами. Размещенная на околоземной орбите система лазеров способна разогнать их до релятивистских скоростей. Аналогичную идею высказывали российский бизнесмен Юрий Мильнер и британский физик-теоретик Стивен Хокинг.

Материалы по теме:

Обе миссии предполагаются пролетными — высокая скорость космических кораблей не позволит им затормозить у звездной системы. Трудности носят не научный, а инженерный характер, и связаны главным образом с ценой. Проект Любина, например, требует разворачивания на околоземной орбите группировки примерно в сто раз тяжелее МКС. Чтобы миниатюрный рукотворный зонд достиг альфы Центавры за 15 лет и прислал на Землю несколько фотографий, потребуются десятки триллионов долларов. Современному космическому кораблю это удалось бы сделать намного дешевле, но на это потребовалось бы 70 тысяч лет.

Идею Любина поддержал конгрессмен Джон Калберсон, призвавший НАСА приступить к работе над автоматической миссией к альфе Центавра уже в 2017 году. Стартовать станция, по планам республиканца, должна в 2069 году — к столетию высадки астронавтов на Луну. Команда Мильнера-Хокинга также не осталась в стороне. На мероприятии, посвященном открытию Proxima b, было заявлено, что российский бизнесмен запланировал отправку к материнскому светилу и планете зондов уже в 2030 годах. Достичь цели аппараты должны через 20 лет. Первые снимки ближайшей экзопланетной системы на Земле увидят в 2055 году.

Материалы по теме:

Идеи ученых и политиков большинством их коллег воспринимаются пессимистично, поэтому исследовать Proxima b будут все же удаленно. На Земле и в ближнем космосе наблюдениям мешают тусклость и небольшие размеры Проксимы Центавра. Подтвердить наличие атмосферы у экзопланеты можно транзитным методом, отслеживая прохождение небесного тела по диску звезды. Главная трудность заключается в необходимости наблюдений в тот момент, когда экзопланета находится точно на прямой между светилом и телескопом.

Пока провести детальное исследование Proxima b планируется, в частности, при помощи готовящихся к запуску в ближайшие два года космических обсерваторий TESS (SatelliteTransiting Exoplanet Survey Satellite) и Webb. Близость открытой экзопланеты к Земле делает ее самым главным объектом для будущих астрономических наблюдений. Вселяет оптимизм и то, что в окрестностях Проксимы Центавра, возможно, есть суперземля. В отличие от Proxima b, она находится вне зоны обитаемости и вращается вокруг светила с периодом 100-400 суток.

Proxima b — планета беспокойной звезды – Мир Знаний

Планета Proxima b у Проксимы Центавра была открыта в августе 2016 г. в рамках проекта Pale Red Dot («Слабая красная точка»), осуществляемого Гийемом Англада-Эскудэ и его сотрудниками. Они использовали сверхточный инструмент для измерения лучевых скоростей и обнаружили колебания спектра Проксимы с периодом 11,2 суток, вызываемые объектом с массой не менее 1,27 земной. Конечно, с подобными открытиями связано немало ожиданий и надежд, но необходимо отметить, что при наблюдениях такого рода мы получаем очень мало информации об экзопланете — фактически сейчас мы знаем только ее орбитальный период (уточненная продолжительность 11,186 суток), значение вызываемого ее гравитационным воздействием доплеровского сдвига линий в спектре звезды и максимально возможный эксцентриситет орбиты. Из этого мы можем вычислить ее среднее расстояние до центральной звезды и минимальную массу. На самом деле при достаточно большом угле наклона плоскости орбиты к направлению на наблюдателя этот объект может быть в 2-3 раза тяжелее Земли. Поэтому еще раз прошу учесть, что все дальнейшие выводы касательно условий на планете сделаны из этих скупых сведений, и в дальнейшем они могут быть серьезно пересмотрены по мере уточнения имеющихся данных.

Итак, Proxima b заняла свое место в «клубе потенциально обитаемых планет», причем среди них она закономерно оказалась самой близкой к Солнечной системе: от нее нас отделяет 4,2 световых года. Вдобавок, исходя из консервативных оценок того, что мы называем «зоной обитаемости », эта планета, пожалуй, более других напоминает Землю — по размерам, температуре у поверхности и т.д. Если рассматривать принятые границы зоны обитаемости для звезд различных спектральных классов и расположить все подтвержденные экзопланеты в координатах «температура звезды — поток энергии», становится очевидным, что Proxima b находится в области почти оптимальных условий. Однако нужно учитывать, что она обращается вокруг сравнительно холодного (порядка 3000 К) красного карлика, в 8 раз менее массивного, чем Солнце.

Штатный художник ESA изобразил планету Proxima b необитаемой, без океанов, рек и почти без атмосферы, но я думаю, что эта картина не совсем соответствует действительности, и нам следует быть более оптимистичными. На самом деле мы, конечно, не имеем прямого ответа на вопрос, пригодна ли она для жизни — это сложная проблема, зависящая от множества факторов и включающая в себя много неизвестных. В своих исследованиях мы воспользовались наиболее свежими данными, чтобы постараться приблизиться к ее решению. В первую очередь нам необходимо учесть следующие факторы: сколько на планете исходно было воды, сколько летучих веществ (главным образом той же воды) было потеряно ею и теряется сейчас благодаря высокоэнергетическому излучению центрального светила, имеется ли у нее магнитное поле, и какую роль играет приливное воздействие в планетной эволюции.

Что же можно сказать по каждой из этих позиций? Исходное количество воды мы определить не можем. Исходя из оценок ее содержания во влажных планетезималях («строительных блоках», из которых шло формирование планет), при использовании существующих моделей планетообразования получается, что Proxima b должна быть более сухой, чем Земля. Но это верно лишь в том случае, если она вращается синхронно, то есть постоянно обращена к своей звезде одной стороной, во втором — оказывается в резонансе 3:2 с орбитальным вращением, совершая три оборота вокруг оси на протяжении двух орбитальных периодов. Это. в свою очередь, зависит от вытянутости планеты (отличия ее формы от сферической) и эксцентриситета ее орбиты. Чем больше значения этих параметров — тем более вероятен «резонансный» сценарий. Интересно, что при нем солнечные сутки будут вдвое дольше планетного года.

Проксима Центавра — очень активная звезда, в относительных значениях существенно более активная, чем Солнце. Она всегда была такой, причем в прошлом ее активность по многим признакам могла быть даже выше. На расстоянии, равном среднему радиусу орбиты планеты Proxima b, на квадратный метр поверхности, перпендикулярной к направлению на звезду, падает 64+3% лучистой энергии, поступающей от нашего светила на такой же квадратный метр за границей земной атмосферы (так называемая солнечная постоянная). Основная часть этого излучения приходится на красную часть видимого спектра и прилегающий к ней ближний инфракрасный диапазон. Известно, что Земля получает в 20 раз больше важных с точки зрения развития жизни низкоэнергетических ультрафиолетовых лучей. Зато опасное высокоэнергетическое ультрафиолетовое излучение в районе орбиты Proxima b оказывается в несколько десятков раз мощнее! Но это еще не самое неприятное.

Общая мощность излучения Проксимы Центавра может меняться в широких пределах, сильно возрастая во время вспышек, случающихся не так уж и редко. Значительные изменения связаны также с вращением звезды вокруг оси — как мы уже знаем, его период равен 86 суткам — и с циклами ее активности, основной из которых длится примерно 7 земных лет. Опять же, в общем потоке излучения эти колебания не слишком заметны (до 15% — при вспышках, порядка процента — в результате вращения и вариаций активности), но если взять отдельно дальний ультрафиолетовый диапазон, там они оказываются весьма существенными.

Имея информацию о свойствах центральной звезды, мы можем оценить, насколько интенсивно ее планеты теряют атмосферу. Правда, тут необходимо знать еще один важный параметр — напряженность планетного магнитного поля (а о нем мы пока ничего не знаем). В некоторых работах этот параметр принимается равным земному, в некоторых — немного меньше. Так или иначе, оценки плотности вещества звездного ветра на орбите Proxima b говорят о том, что она должна быть на 2-3 порядка больше, чем в окрестностях Земли, а его давление — примерно в 2 тыс. раз выше. При таких условиях, чтобы избежать больших потерь летучих веществ, небесное тело должно иметь в сотни раз более мощное магнитное поле, чем наша планета, и даже тогда потери будут очень высокими.

Вот так обстоят дела в наше время… а в прошлом они были еще хуже. Мы уже знаем, что раньше Солнце было более активным и Земля получала от него больше высокоэнергетического излучения. Но то же самое справедливо в отношении Проксимы Центавра и ее спутника (если основываться на современных эволюционных моделях звезд главной последовательности). Если бы Proxima b на ранних стадиях эволюции находилась в районе нынешней зоны обитаемости своего светила, она получала бы от него огромные количества энергии. Это общеизвестный факт для всех типов звезд. Причем планета была бы уже полностью сформированной в то время, когда центральная звезда еще продолжала сжиматься и разогреваться, то есть она провела бы некоторое время — возможно, несколько миллионов лет — внутри зоны обитаемости, где вся ее вода находилась бы в газообразном состоянии. В этих условиях потери летучих веществ оказались бы особенно велики. Как видите, историю планеты ближайшей звезды тоже нельзя назвать счастливой…

Если мы попытаемся оценить, как в прошлом менялся уровень высокоэнергетического излучения, которое получала Proxima b, то выяснится, что он, вероятнее всего, также был выше современного. Об этих аспектах эволюции красных карликов пока известно мало, но даже самые консервативные оценки говорят о превышении как минимум в 10 раз. Общее же количество жесткого ультрафиолета, полученного ближайшей экзопланетой за всю ее историю, оказывается в 8-25 раз большим, чем в случае Земли.

Подводя итоги, можно сказать, что космическое окружение Proxima b на ранних стадиях ее эволюции было намного более враждебным, чем у нашей планеты. Более того: из-за особенностей своей звезды она испытывала такие внешние воздействия, которые никогда не имели места в случае Земли. Например, она потеряла огромное количество летучих веществ (в первую очередь — воды), по суммарному объему эквивалентное от половины до двух объемов земных океанов. Однако, поскольку мы не знаем, сколько воды там было изначально, из этого нельзя сделать вывод, будто это тело в наши дни совершенно лишено влаги.

Расчеты, выполненные в рамках различных моделей с разными наборами начальных условий, показывают весьма значительные потери летучих веществ за время существования планеты — от 15 до 25 земных океанов. Однако после того, как она оказалась в пределах зоны обитаемости, ее эволюция, как ни странно, не становится более определенной (в ней по-прежнему задействовано слишком много трудноучитываемых факторов), и нельзя сказать, продолжалась ли потеря воды теми же темпами. Во всяком случае, в Солнечной системе есть примеры прогрессирующего «высыхания» уже в нашу эпоху. Когда молекулы воды покидают атмосферу под действием светового давления, часть из них расщепляется ультрафиолетовым излучением на кислород и водород. Последний преимущественно улетучивается, а первый — остается в газовой оболочке в виде так называемого «абиогенного кислорода», не связанного с деятельностью живых организмов, что существенно усложняет поиски возможной жизни на ближайшей экзопланете.

В публикации профессора Университета Вашингтона Рори Барнса (Rory Barnes, University of Washington, Seattle) исследованы пути эволюции Proxima b, исходя из различных начальных параметров, разных количеств воды, водорода и т.д. На приведенных в ней диаграммах голубая часть соответствует пригодным для жизни условиям, определяемым, в частности, эффективностью «утечки» кислорода. Главный вывод исследователей — несмотря на то, что эта планета почти постоянно находилась под жестким воздействием извне, она, тем не менее, при определенных исходных данных и эволюционных сценариях вполне может быть обитаемой в наше время, то есть считаться перспективным кандидатом с точки зрения экзобиологии. Конечно, весьма вероятно, что все водоемы на ее поверхности давно уже исчезли, но нельзя исключать и того, что изначально воды там присутствовало очень много, а излучение звезды все-таки было не столь интенсивным, чтобы всю ее испарить.

Переходя к рассмотрению вопроса о возможных современных климатических условиях на Proxima b, еще раз повторю, что существует немало моделей, допускающих наличие на ее поверхности жидкой воды. Однако они сильно зависят от атмосферного давления и концентрации углекислого газа. Компьютерная симуляция для синхронного вращения дает «классическое» стабильное распределение приповерхностных температур с максимумом в точке, где центральная звезда постоянно видна в зените. Возможно даже, что вся планета будет покрыта льдом, исключая небольшой участок в окрестностях этой точки. В случае резонанса 3:2 мы имеем длинные сутки, но все равно температурные максимумы должны смещаться вдоль экватора, а самые холодные участки окажутся на полюсах, где можно ожидать наличия полярных шапок.

Вдобавок мы проанализировали биологические аспекты Proxima b, которые я тоже хочу представить. Первым такое исследование предложил Рей Ричи (Ray Ritchie), взявшийся изучать возможность фотосинтеза на ее поверхности. Наша совместная работа была отправлена для публикации в International Journal of Astrobiology. В ней говорится о том, что эта планета — весьма неблагоприятное место для водного аноксигенного фотосинтеза земного типа, в основном из-за того, что значительная часть излучения Проксимы Центавра приходится на ближний инфракрасный диапазон, сильно поглощаемый водой. Когда вы погружаетесь в глубины океана, количество энергии, необходимой для процессов фотосинтеза, падает очень быстро, а на спутниках красных карликов уже на глубине нескольких метров ее почти не остается (в земных водоемах такой уровень излучения присутствует на глубинах 30-70 м, в зависимости от прозрачности воды). Но это не исключает того, что Proxima b является пристанищем биосферы какого-то особого типа — например, анаэробных бактерий или микроорганизмов, использующих в своей жизнедеятельности уже упомянутый абиогенный кислород. Сам Рей Ричи назвал ее «довольно скучным и неприятным местом для жизни». Однако, возможно, если мы найдем способ увидеть эту планету непосредственно, нас будет ожидать сюрприз.

А шансов ее увидеть не так уж мало. Расчеты показывают, что контрастность отраженного ею света делает ее вполне доступной уже строящимся инструментам — таким, ка к Европейский экстремально большой телескоп E-ELT. Более того: ее можно попытаться зарегистрировать с помощью комбинации спектрометров SPHERE и ESPRESSO, уже работающих на Очень большом телескопе (VLT ESO), то есть, возможно, мы получим ее прямые изображения в совсем недалеком будущем. В любом случае, в нашем распоряжении появится информация о наклоне ее орбиты, изменении яркости в зависимости от фазового угла и другие важные сведения.

Из того, что мы уже обнаружили, следует упомянуть избыток инфракрасного излучения от системы Проксимы Центавра, свидетельствующий о наличии там значительных количеств теплой пыли. Возможно, там еще протекают процессы формирования планет, или же они завершились сравнительно недавно, и окрестности звезды еще не успели «очиститься» от пылевых частиц. Это было бы удивительным, поскольку, согласно современным оценкам, ее возраст составляет примерно 5 млрд лет.5 В одной из недавних публикаций, посвященных исследованиям этого объекта с помощью антенного массива ALMA на длине волны 1,3 мм, говорится о целых трех поясах пыли — одного теплого (на расстоянии 0,4 астрономической единицы от звезды) и двух холодных радиусом 1-4 а.е. и около 30 а е. (последнее значение соответствует среднему радиусу орбиты Нептуна). Кроме того, немного в стороне находится еще один слабый пылевой сгусток. Ученые предположили, что это может быть планета-гигант с масштабной кольцевой системой. В общем, ближайшая звезда — очень интересное место в Галактике, богатое необычными космическими феноменами.

В конце я хотел бы сказать, что мы очень рады сотрудничать с проектом Pale Red Dot. и надеемся, что Proxima b будет далеко не последним его открытием (хотя, похоже, навсегда останется самым близким к Солнечной системе). Также хотелось бы поблагодарить другие научные организации, занимающиеся поисками и исследованиями небольших планет в зонах обитаемости близких звезд, и пожелать им дальнейших успехов.

Спасибо за внимание!

У ближайшей к Солнцу звезды Проксимы Центавра есть потенциально пригодная для жизни экзопланета Proxima b

Международная группа астрономов, используя возможности сразу нескольких земных телескопов, смогла обнаружить очередную «вторую Землю». Главное отличие этой находки от предыдущих кроется в месте ее расположения. Дело в том, что экзопланета Proxima b, именно так нарекли планету, находится у ближайшей к Солнцу звезды — Проксимы Центавра. Разумеется, как и другие планеты, на которых возможна жизнь, она находится в обитаемой зоне, то есть удалена от родной звезды на такое расстояние, которое допускает существование воды в жидком виде. О самом открытии было объявлено на специальной пресс-конференции в штабе Южной европейской обсерватории, соответствующая научная работа будет опубликована в журнале Nature (препринт уже есть на сайте).

Для поиска экзопланеты исследователи использовали метод Доплера. Его суть в обнаружении периодических «покачиваний» звезды, обусловленных воздействием гравитации окружающих планет. Эти «покачивания», как правило, незначительные, но их вполне хватает, чтобы зафиксировать смещение спектра звезды. Для обнаружения колебаний спектральных параметров излучения ученые использовали сверхточные спектрометры HARPS и UVES, установленные на телескопах Южной европейской обсерватории.

Экзопланета Proxima b и ее родительская звезда Проксима Центавра глазами художника.

Первое доказательство того, что у Проксимы Центавра может быть экзопланета, было получено при анализе архивных данных UVES и HARPS, собранных до 2016 года. Астрономы заметили периодичность смещений спектра, соответствовавшую амплитуде колебаний скорости объекта около пяти километров в час. Сигнал указывал на экзопланету с периодом обращения 11,2 суток, однако обладал низкой статистической значимостью.

В период с 19 января по 31 марта 2016 года астрономы почти каждую ночь проводили измерения, чтобы собрать больше данных.

Курс

Recruitment

Станьте професіональним IT-рекрутером та заробляйте $1800 вже через два роки

РЕЄСТРУЙТЕСЯ!

Анализ периодичности колебаний радиальной скорости звезды. a — до наблюдений 2016 года, b — наблюдения проекта Pale Red Dot, c — объединенные данные.

Сопоставив старые данные с новыми, они пришли к выводу, что экзопланета существует. Вероятность того, что сигнал является случайной флуктуацией шума — один случай на 70 миллионов. При этом вероятность того, что периодичность сигнала вызвана самой Проксимой была исключена практически сразу — сделать это позволили специальные наблюдения с использованием независимого телескопа ASh3. В ходе наблюдений было установлено, что собственный период вращения красного карлика составляет 83 дня.

На основе данных о периоде обращения и массе Проксимы Центавра астрономы рассчитали минимальную массу экзопланеты, а также расстояние между объектами. Оказалось, что Proxima b по меньшей мере в 1,27 раза массивнее Земли и находится в 20 раз ближе к центральному светилу системы. Исходя из полученных сведений ученые предположили, что небесное тело относится к земному типу планет.

Если у Proxima b нет атмосферы, то ее равновесная температура оценивается в –40 градусов по Цельсию. Для сравнения в случае Земли та же оценка дает порядка –20 градусов. Ученые отметили, что причин исключать возможность существования на Proxima b атмосферы нет, но определить ее наличие по имеющемуся набору данных невозможно.

Против возможной обитаемости планет, располагающихся так близко к звездам, говорит множество факторов. В их числе рентгеновские вспышки в 400 раз мощнее, чем у Земли (из-за близости к звезде), сильное магнитное поле звезды и приливный захват, приводящий к тому, что планета повернута к Проксиме только одной стороной. Но немало и аргументов «за». Так астрономы отмечают, что Proxima b вряд ли могла возникнуть из протопланетного диска так близко к звезде — для этого масса планеты слишком велика. Если Proxima b, будучи почти сформированной, мигрировала из областей за «снеговой линией» протопланетного диска, — то есть оттуда, где могут существовать водные льдинки, — то, скорее всего, в ней есть много летучих веществ, способных подпитывать атмосферу. Если же она образовалась из мигрировавшей «гальки», то следует ожидать, что экзопланета будет довольно сухой.

Не исключают ученые и возможность существования других экзопланет, вращающихся вокруг Проксимы Центавра. Об этом, в числе прочего, говорят пиковые значения в анализе периодичности доплеровского сигнала, но для подтверждения этой гипотезы нужны дополнительные исследования.

Проксима Центавра — одна из трех звезд системы Альфа Центавра. Она обладает массой в 8,3 раза меньше, чем у Солнца, а ее температура составляет 2800 кельвинов — в два раза меньше, чем у нашего светила. Красный карлик располагается в 4,23 светового года от Земли и является самой близкой к нам звездой.

Источник: The Verge, Nature и N+1

ASh3, HARPS, Proxima b, UVES, Космические исследования, Космос, Поиск экзопланет, Проксима Центавра, Экзопланеты

Пурпурные холмы Проксимы b

Продолжая изучать биосигнатуры, которые могут сигнализировать о наличии жизни в других мирах, мы иногда рассматривали так называемую «красную кромку» — резкое изменение отражательной способности растительности, показывающее в ближнем инфракрасном диапазоне. Стоит помнить, что растительность является самой большой отражающей поверхностью на Земле (около 60 процентов земной поверхности), с увеличением коэффициента отражения, которое проявляется примерно в 700 нм. Как объясняет Алекс Толли ниже, красный край может смещаться в зависимости от эволюции растительной жизни и переменных, включая интенсивность света, но включающих множество других факторов, которые могут повлиять на жизнь на М-карликовых планетах. Это первые, чью атмосферу мы будем серьезно изучать на наличие биосигнатур, и вопрос о том, как экстраполировать земную жизнь на такие экзотические среды, сложен. Постоянный посетитель Centauri Dreams, Алекс напоминает нам, что растительная жизнь может оказаться способной адаптироваться таким образом, что мы удивимся.

Алекса Толли

Художественная концепция Проксимы Центавра б. Кредит: M. Kommesser

Университет XI Jinp, New Pekijing, Mars

Новостной релиз

для немедленного выпуска

Свяжитесь с Wendy Ho, Media Liaison.
[email protected]

11 ноября 2091

Сегодня опубликовано первое изображение поверхности Проксимы b. 2-мегапиксельное изображение, полученное солнечным фокусным телескопом (SoFoT), захватывает 3/4 освещенной поверхности планеты. Это первое прямое изображение планеты, которое не использует модель инверсии EPSI для отраженного солнечного излучения. Хорошо видны и континенты, и океаны. Океан кажется винно-темным, а континентальные массивы суши частично покрыты пурпурным цветом, который, скорее всего, является растительностью. Эта растительность контрастирует с оранжевым материалом пустынь. Полярных шапок нет. Районы с растительностью достигают очень высоких широт обоих полюсов. Предыдущий спектроскопический анализ показал, что атмосфера содержит биосигнатурные газы кислород и метан. Вероятное присутствие растительности предполагает, что источником этого кислорода является фотосинтез. Цвет растительности, вероятно, обусловлен сдвигом максимального поглощения света в красную и ближнюю инфракрасную области, а также более низким потоком синего и зеленого длин волн света в спектре Проксимы. Это придает ландшафту оранжевый оттенок, а более синий цвет местного аналога хлорофилла тускнеет. Видимая цветовая разница аналогична подводной жизни на Земле, которая выглядит темной в синем свете на глубине, но ярко окрашена в белом свете.

Профессор Чжан Юн предположил, что фотическая зона в океанах, вероятно, была довольно мелкой из-за слабого синего свечения звезды и что, возможно, скорость фотосинтеза была ниже, чем на Земле. Китайский звездный зонд «Новая заря» в настоящее время находится на пути к Проксиме. Запущенный в 2077 году, он, как ожидается, достигнет системы Проксима в 2099 году. Изображение Проксимы b является первым, на котором жизнь подтверждена визуально, и указывает на то, что зонд подтвердит наличие жизни на планете. МАС соберется в декабре, чтобы выбрать официальное название планеты и ее особенности.

Изобилие М-карликов в галактике, а также М-карлика Проксима Центавра, имеющего каменистую планету в обитаемой зоне (HZ), возобновили предположения о том, какие приспособления могут иметь фотосинтезирующие растения к спектру с красным смещением. из этих звезд. На рисунке 1 ниже показана разница в спектре, полученном Землей, по сравнению со спектром Проксимы b. Очевидны пиковое излучение Проксимы со смещением в красную сторону, а также высокая интенсивность излучения с чрезвычайно короткой длиной волны по сравнению с Землей.

Рисунок 1 . Полноспектральное излучение верхней части атмосферы, полученное Проксимой b (черный) и Землей (красный). Для Proxima b предполагается орбитальное расстояние 0,0485 а.е. [4]

Большинство предположений об адаптации растений касается многоклеточных наземных зеленых растений, покрывающих поверхность наших континентов. Почти все эти растения являются зелеными растениями, содержащими хлорофиллы a и b, пиковые длины волн поглощения которых находятся как в синем, так и в красном конце спектра и, следовательно, отражают длины волн между этими пиками, которые мы воспринимаем как зеленые (см. рисунок 2). Адаптация зеленых растений к спектру нашего Солнца приводит к предположению, что растения на экзопланетах вокруг М-карликов будут адаптироваться аналогичным образом, с доминирующим поглощением, которое будет извлекать больше энергии из красного конца спектра и, следовательно, изменять видимый цвет их листьев. . Некоторые предполагают, что поглощение большей части светового спектра, к которому мы приспособлены, сделает листья почти черными для наших глаз.

Джек О’Мэлли-Джеймс, Школа физики и астрономии, Сент-Эндрюсский университет:

«Например, растения с тусклыми красными карликовыми солнцами могут казаться нашим глазам черными, поглощая во всем видимом диапазоне длин волн, чтобы используйте как можно больше доступного света».

В этом эссе я буду утверждать, что есть доказательства того, что хлорофиллы могут эволюционировать, чтобы улавливать гораздо более красный свет, но это слишком упрощенная история, если рассматривать, как растения могут развиваться в ответ на спектр М-карликов, таких как Проксима.

Хотя сегодня на Земле преобладают зеленые растения, существуют и другие растения, которые используют различные комбинации хлорофиллов. Красные водоросли (Rhodophyta) используют хлорофиллы a и d, а также дополнительный пигмент красного цвета, фикоэритрин. Это гарантирует, что преобладающее поглощение находится в синей части спектра, и адаптировано для их более глубокой морской среды обитания, где проникающий солнечный свет фильтруется синим цветом. Без белого света, освещающего эти водоросли, они кажутся нам черными. Бурые водоросли, в том числе ламинария, используют хлорофиллы а и с и вспомогательный пигмент фукоксантин. Опять же, пиковые длины волн поглощения находятся в синей части спектра, как и подобает их подповерхностной морской среде обитания. Все эти растения, будь то многоклеточные или одноклеточные, улавливают энергию солнца, чтобы фиксировать углерод посредством фотосинтеза. Это уменьшает содержание углерода в двуокиси углерода (CO2) с помощью водорода в воде (h3O) с образованием сахаров и выделением кислорода (O2) в качестве побочного продукта. Однако это не единственный способ фотосинтеза.

Рисунок 2 . Спектры поглощения хлорофиллов А и В, обнаруженных в зеленых растениях и зеленых водорослях.

Бактерии также улавливают электромагнитное излучение и фиксируют углерод. Однако они используют либо газообразный водород (h3), либо сероводород (h3S). В последнем случае они выделяют твердую серу. Оба этих типа фотосинтеза требуют бескислородных условий, и бактерии живут в горячих источниках или жерлах, где доступны эти два газа. И растительные, и бактериальные хлорофиллы основаны на молекулах тетрапиррола. Пики поглощения которых изменяются небольшими модификациями структуры.

Рисунок 3 . Тетрапиррольный цикл хлорофилла а.

Рисунок 4 . Строение хлорофилла а. Это первичный фотосинтетический хлорофилл.

В то время как земная жизнь развивалась под нашим солнцем, остается вопрос, могут ли эти поглощающие свет молекулы эволюционировать, чтобы соответствовать различным спектрам других звезд. Хотя есть интерес к тому, могут ли планеты в ГП М-карликов даже развить жизнь, эта жизнь будет ограничена низкоэнергетическими одноклеточными хемотрофами, если они не смогут собирать более длинноволновую энергию своей звезды.

Первый вопрос заключается в том, развились ли уже эти сердцевинные, тетрапиррольные, светопоглощающие молекулы на Земле, чтобы улавливать более длинноволновый свет. Очевидное место для поиска — это бактерии, которые живут в условиях очень слабого освещения, но при этом фотосинтезируют, чтобы фиксировать углерод.

Да. Из 8 известных бактериохлорофиллов бактериохлорофилл b, обнаруженный в пурпурных бактериях, имеет максимальную длину волны поглощения в инфракрасном (ИК) диапазоне 835–850 нм и 1020–1040 нм.

Рисунок 5 . Фотосинтетические и другие светопоглощающие пигменты. Спектры поглощения выбранных хлорофиллов (Chls), бактериохлорофиллов (Bchls) и каротиноидов, показывающие длины волн пиков поглощения. Цветная полоса видимого спектра показана вверху. Масштабирование по оси Y является произвольным. Данные по поглощению хлорофилла относятся к экстрагированным пигментам в растворе метанола из Chen & Blankenship (2011). Данные Bchl a и Bchl b относятся к целым клеткам и получены из Cogdell & van Grondelle (2003). Спектр бета-каротина (каротиноида) представляет собой экстракт пигмента в гексане из Dixon et al. (2005), а лютеин (каротиноид) – от Janik et al. (2008). Пигменты, растворенные в растворителях, имеют несколько сдвинутые пики поглощения по сравнению с пиками в клетках. Эти данные находятся в открытом доступе в базе данных биологических пигментов Виртуальной планетарной лаборатории (http://vplapps.astro.washington.edu/pigments). [3]

Относительно недавняя работа Фариеса [1] и Вайрапракаша [2] по бактериохлоринам, модификация их боковых групп показала, что пиковая длина волны поглощения может быть смещена в ближний инфракрасный диапазон. Количество вариантов в кольце хлорина превышает количество, встречающееся в природе, и показывает, как небольшие изменения могут изменить длину волны пикового поглощения. На рис. 6 показаны результаты этих экспериментов, целью которых было понять, как именно адаптировать эти молекулы для различных пиков поглощения, в первую очередь для промышленных целей. Обратите внимание, что все спектры поглощения сохраняют свои двойные пики на каждом конце видимого спектра. Следует также отметить, что явно наблюдается дрейф в сторону вторичного пика на коротких длинах волн, который становится короче по мере увеличения длины волны максимального пика, однако он, по-видимому, ограничен нижним пределом около 360 нм, вблизи перехода от фиолетового к ультрафиолетовому. Было бы интересно, могут ли эти модификации быть произведены естественной биохимией. Необходимые реакции могут быть за пределами возможного репертуара или быть слишком сложными, чтобы оказаться эволюционно жизнеспособными.

Рисунок 6 . Расширение спектрального окна для бактериохлоринов за счет размещения уксохромов в определенных местах обеспечивает соизмеримое увеличение фотохимической приспособленности этого класса молекул, вдохновленных природой. В совокупности результаты дают фундаментальное представление о рациональном дизайне и синтезе бактериохлоринов, поглощающих красный и БИК, для исследований в области солнечной энергетики и наук о жизни. [2]

Это служит хорошим предзнаменованием возможной эволюции фотосинтеза на планетах вокруг М-карликов. Это указывает на то, что жизнь может эволюционировать, чтобы собирать энергию не только М-карликов, но даже коричневых карликов. Это, по крайней мере, гарантировало бы, что некислородный фотосинтез бактериями может зафиксировать углерод.

Фотосинтез в зеленых растениях состоит из 2 систем: фотосистемы I (ФС I) и фотосистемы 2 (ФС II). PS I — это более ранняя система, которая развилась и является реакцией, которая управляет фиксацией углерода у некислородных фотосинтезирующих бактерий. PS II развился позже и использует добавление света с более короткой длиной волны и более высокой энергией, больше улавливаемого хлорофиллом b, для расщепления молекулы h3O с высвобождением O2 в качестве побочного продукта перед реакциями по фиксации углерода.

Экспериментальная работа [5] показывает, что для эффективного фотосинтеза необходимо некоторое количество синего света, хотя красный свет сам по себе допускает субоптимальный фотосинтез. Это важно, так как подразумевает, что даже земные зеленые растения должны иметь возможность расти на экзопланете в ГП вокруг М-карлика.

На данный момент история предполагает, что фотосинтез, как оксигенный, так и неоксигенный (в бактериях) должен быть возможен при свете М-карлика. Эволюция более длинноволнового поглощения света в бактериальных хлорофиллах, как в природе, так и в эксперименте, предполагает, что молекулы тетрапиррола или возможные аналоги, улавливающие свет, должны обеспечивать эволюцию фотосинтеза в световом спектре М-карликов.

В то время как О’Мэлли-Джеймс (см. предыдущую цитату) предположил, что растения на М-карликовых планетах могут использовать больше хлорофиллов для улавливания света с разными пиковыми длинами волн, мы не наблюдаем таких приспособлений на Земле, даже несмотря на то, что растения живут в различных условиях освещения. среды. Кажется, что все растения производят только 2 хлорофилла, причем хлорофилл а является доминирующим для фотосинтеза.

Вопрос: «Почему растения не производят более 2 хлорофиллов?» Ответ, скорее всего, заключается в стоимости более крупного генома для кодирования дополнительных путей и ферментов для производства хлорофиллов и их регулирования. Вместо этого заводы выбрали более простые и менее затратные решения. Бурые водоросли кодируют биохимию для производства вспомогательного пигмента фукоксантина, а красные водоросли — белка фикоэритрина в качестве вспомогательного пигмента. Кажется, это компромисс, который оптимизирует улавливание доступной световой энергии для роста и размножения.

Однако молекулы, улавливающие свет, — это еще не все. Наземные многоклеточные растения адаптируются к условиям низкой освещенности с помощью ряда стратегий. К ним относятся:

1. Увеличение количества хлоропластов в своих клетках. Вот почему растения в подлеске тропических джунглей при слабом освещении, как правило, имеют темно-зеленые листья.

2. Вместо того, чтобы тратить энергию на создание богатых лигнином стволов, чтобы поднять листья деревьев к солнечному свету, виноградные лозы просто поднимают свои листья, взбираясь по этим стволам или другим поверхностям, чтобы получить больше солнечного света.

Одно из основных возражений против существования жизни на экзопланетах М-карликов — это высокий поток ультрафиолетового (УФ) излучения. На Земле бактерия Deinococcus radiodurans развила надежную биологию, чтобы противостоять радиационному повреждению. Другие организмы могут отреагировать, оставаясь на глубине океанов или подо льдом, чтобы избежать интенсивного ультрафиолетового излучения. Если ультрафиолет непостоянен, они могут адаптироваться другими способами, чтобы уменьшить воздействие. Один из способов — оставаться одноклеточным и прикрепляться к подвижному животному, которое может переместиться в безопасное место. На Земле есть морские слизни, которые поглощают водоросли, чтобы извлечь из них хлоропласты для фотосинтеза. Поддержание водорослевых мешков, таких как кальмары, для люминесцентных бактерий, также возможно.

Рисунок 7 . Морской слизень Elysia chlorotica питается зелеными водорослями. Он сохраняет хлоропласты, чтобы использовать фотосинтез для получения дополнительной энергии.

Часто предполагается, что вспышки лишат атмосферу М-карликовой планеты. Если бы жизнь развилась, удаление атмосферы заморозило бы океаны, образовав толстую ледяную корку. Фотосинтезирующая жизнь могла бы жить под этой коркой, улавливая свет, проникший сквозь ледяную корку, или даже внутри льда, используя крошечную жидкую фракцию воды для обеспечения обмена веществ. Вывод, который я делаю из нашего единственного примера растительной жизни на Земле, заключается в том, что нам следует быть осторожными в расширении простой логики, чтобы размышлять о том, как растения могут развиваться на М-карликовых планетах. Формы жизни оптимизируют множество переменных, чтобы получить преимущество, используя различные стратегии для максимизации репликации генов. Как давно усвоили селекционеры, часто невозможно оптимизировать одну характеристику, такую ​​как увеличение размера семян и продуктивности, без необходимости изменения других характеристик. Интенсивность и спектр света — не единственные переменные, с которыми растения будут сталкиваться на М-карликовых планетах, и растения найдут несколько способов адаптироваться к этим условиям, вероятно, способами, которые мы не можем предвидеть, исходя из нашего опыта.

Последнее замечание по обнаружению. Из-за преобладания на Земле хлорофилла а отражательная способность Земли резко увеличивается на длинах волн сразу за пиком ее поглощения. Это известно как «красный край» и предлагается как возможная биосигнатура. О’Мэлли-Джеймс и Калтенеггер [6] предполагают, что, поскольку ранние фотосинтезирующие цианобактерии также имеют тот же тип хлорофилла, то сигнатура красного края может быть использована даже для экзопланет на гораздо более ранней стадии эволюции жизни. Однако более длинный пик поглощения бактерий, использующих разные бактериохлорофиллы, и возможная эволюция хлорофиллов, поглощающих более длинные волны, предполагает, что этот красный край может смещаться, возможно, в ИК. Если это так, следует проявить некоторую гибкость в определении любой биосигнатуры красного края.

1. Фариес, К.М., Дайерс, Дж.Р., Спрингер, Дж.В., Ян, Э., Пташек, М., Лахайе, Д., … Холтен, Д. (2015). «Фотофизические свойства и электронная структура хлорин-имидов: преодоление разрыва между хлоринами и бактериохлоринами». Журнал физической химии B , 119 (24), 7503-7515. дои: 10.1021/jp511257w.

2. Вайрапракаш, П., Ян, Э., Сахин, Т., Танигучи, М., Крайер, М., Дайерс, Дж. Р., … Холтен, Д. (2015). «Расширение коротковолновых и длинноволновых пределов поглощения бактериохлорина в ближней инфракрасной области посредством диоксо- и бисимидной функционализации», Журнал физической химии B Vol. 119 (12), 4382-4395. doi:10.1021/jp512818g

3. Швитерман, Эдвард. (2018). «Поверхностные и временные биосигнатуры».
10.1007/978-3-319-30648-3_69-1.

4. Рибас и др., «Полный спектр радиационных свойств Проксимы Центавра», Астрономия и астрофизика, том. 603, A58 (июль 2017 г.).
https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2017/07/aa30582-17/aa30582-17.html

5. Hogewoning, S.W., Trouwborst, G., Maljaars, H., Poorter, Х., Ван Иперен, В., и Харбинсон, Дж. (2010). «Доза синего света в ответ на фотосинтез листьев, морфология и химический состав Cucumis sativus, выращенных при различных комбинациях красного и синего света», Журнал экспериментальной ботаники , 61 (11), 3107-3117. doi:10.1093/jxb/erq132

6. О’Мэлли-Джеймс, Дж. Т., и Калтенеггер, Л. (2019). «Расширение временной шкалы фотосинтетической биосигнатуры красного края Земли». Астрофизический журнал , Vol. 879 (2), Л.20. doi:10.3847/2041-8213/ab2769

7. Бердюгина С.В., Кун Дж.Р. (2019). «Изображение поверхности Проксимы b и других экзопланет: карты альбедо, биосигнатуры и техносигнатуры», The Astronomical Journal Том. 158 (6), 246. doi:10.3847/1538-3881/ab2df3

8. Stevenson, D.S. (2017). Жизнь, Джим, но не такая, какой мы ее знаем. В Природа жизни и ее потенциал для выживания (Спрингер), 193–236. doi:10.1007/978-3-319-52911-0_5

Proxima b: Может ли существовать жизнь на землеподобной планете Солнечной системы по соседству?

Перейти к основному содержанию

Планетолог из Университета Джона Хопкинса Сара Хёрст обсуждает открытие планеты в «обитаемой зоне» близлежащей системы Проксима Центавра

По
Грег Риенци

/

Опубликовано

29 августа 2016 г.

На прошлой неделе исследователи подтвердили существование каменистой и, возможно, влажной планеты, вращающейся вокруг Проксимы Центавра, ближайшей звезды к нашему Солнцу. Названная Проксима b, планета находится в «обитаемой зоне» своей звезды, а это означает, что поверхность планеты может быть достаточно теплой, но не слишком теплой, чтобы поддерживать жидкую воду и, таким образом, пригодна для жизни.

Подпись к изображению: Художественная визуализация Проксимы Центавра b

Изображение предоставлено ESO/M. Kornmesser

Астрономы обнаружили Проксиму b, проанализировав доплеровские данные и другие измерения с телескопов по всему миру, главным образом с телескопов ESO, установленных в обсерватории Ла Силья в Чили. Результаты исследования впервые были опубликованы в журнале Nature .

Расположенная в 4,2 световых года от Земли, Проксима b является самой близкой земной планетой за пределами нашей Солнечной системы из когда-либо найденных. Хотя это все еще может показаться уловом, ученые считают, что существует потенциал для исследования мира роботами в ближайшие столетия. Исследователи уже предоставили снимок планеты, которая, вероятно, [вращается] вокруг своей звезды каждые 11,2 дня; составляет около 1,3 массы Земли; и, возможно, заблокирована приливом, что означает, что одна половина планеты навсегда залита светом и излучением, в то время как обращенная наружу сторона остается темной. Некоторая причудливость планеты побудила Телеграфный журнал , чтобы написать свой плеск холодной воды заголовок: «Вы все должны остыть о Проксиме Центавра b».

Чтобы дать некоторое представление о том, что некоторые называют «сбывшейся астрономической мечтой» и о Земле 2.0, Хаб обратился к Саре Хёрст, доценту кафедры наук о Земле и планетах. Исследования Хёрста сосредоточены на химии атмосферы и сложных органических веществах, обнаруженных в нашей Солнечной системе и за ее пределами.

Мы поговорили с Хёрст, когда она случайно оказалась на второй ежегодной конференции Ocean Worlds в Океанографическом институте Вудс-Хоул. Мы предполагаем, что Проксима b появлялась один или два раза среди собравшихся.

Подпись к изображению: Сара Хёрст

Признаюсь, я был немного ошарашен, когда услышал эту новость. Мир, похожий на Землю, потенциально пригодный для жизни и относительно близкий. Какова была ваша первоначальная реакция на новую экзопланету и оправдан ли такой уровень волнения?

Многие люди упомянули, что очень взволнованы этой новостью, что делает меня чрезвычайно счастливым. В конечном счете, я действительно хочу, чтобы общественность понимала, что мы делаем, и вдохновлялась смотреть вверх и думать о мирах, далеких от нашего собственного. Для меня каждый новый мир, о котором мы узнаем, является еще одной частью головоломки «как устроены миры», которую мы пытаемся собрать, поэтому я всегда взволнован, когда мы узнаем о других мирах.

Я заметил, что вы игриво написали в Твиттере «PSA» о том, что планеты в так называемой обитаемой зоне не обязательно пригодны для жизни. И просто быть размером с Землю не означает хватать свой пляжный мяч, мы направляемся к солнцу и веселью на Проксиме b.

Не могли бы вы расширить свои мысли о том, почему нахождение в обитаемой зоне по сути не означает, что инопланетяне идет по поверхности.

Важно помнить, что обитаемая зона относится только к возможности жидкой воды на поверхности планет, расположенных в этой зоне. Наличие или отсутствие на этих планетах жидкой воды зависит от ряда факторов, включая наличие и состав атмосферы, которая влияет на температуру и давление поверхности, количество воды (если она есть) на планете и т. д. Венера и Марс находятся на края обитаемой зоны в нашей Солнечной системе, и жидкая вода сегодня не стабильна ни на одной из их поверхностей. Так что нахождение в обитаемой зоне даже не означает, что на поверхности планеты будет жидкая вода. Если в нем есть жидкая вода, это еще не значит, что в нем будет жизнь, потому что жизнь, насколько мы понимаем, требует ряда других вещей, таких как источник энергии и органические молекулы.

Вы специализируетесь на планетарных атмосферах. Известно ли нам, есть ли у Проксимы b атмосфера или нет, и если да, то на что она может быть похожа?

Мы пока не знаем, есть ли у Проксимы b атмосфера. Также трудно предположить, на что это может быть похоже. В нашей собственной Солнечной системе мы видим разнообразие планетарных атмосфер, и мы все еще работаем над тем, чтобы понять, что определяет, какие миры имеют атмосферы, откуда эти атмосферы взялись и из чего они состоят. Это одна из многих причин, почему экзопланеты, включая Проксиму b, так интересны тем из нас, кто изучает Солнечную систему. Они добавляют множество дополнительных точек данных, которые мы можем использовать в наших поисках, чтобы понять, как работают планеты.

«Каждый раз, когда новый телескоп увидит первый свет или будет запущен планетарный космический корабль, мы должны помнить, что они были построены человеческими руками, и они будут исследовать места, куда люди еще не пошли».

Сара Хёрст, планетолог

Мы сможем выяснить, есть ли у Проксимы b атмосфера, с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, который будет запущен в 2018 году и будет управляться Научным институтом космического телескопа, расположенным в нашем кампусе Хоумвуд. И глядя на то, как количество тепла, излучаемого [планетой], изменяется в зависимости от положения на ее орбите. Если бы присутствовала атмосфера, она бы перераспределяла тепло.

Вы только что вернулись с конференции по океанам. Это открытие было у всех на устах? И какова вероятность того, что это будет новый мир океана?

У нас была довольно оживленная дискуссия об экзопланетах, вызванная объявлением Proxima b, в самом начале встречи. В конечном счете, эта конкретная встреча была сосредоточена на объединении планетологов и специалистов по океанографии Земли, чтобы использовать опыт обеих групп для обеспечения роботизированного исследования океанов в нашей Солнечной системе. Конечно, мы все надеемся когда-нибудь узнать об океанских мирах по всей вселенной, но цель этой встречи состояла в том, чтобы подумать об океанских мирах немного ближе к дому. Что касается Проксимы b, некоторые работы показали, что миры, которые больше Земли, но меньше Нептуна и Урана, скорее всего, являются океанскими мирами, поэтому вполне возможно, что Проксима b является океаническим миром.

Должен признаться, моя первая реакция была несколько сомнительной: как мог существовать земной мир, расположенный буквально вокруг ближайшей звезды за пределами нашей Солнечной системы? Как мы не заметили эту экзопланету раньше, ведь вы думали, что это будет первое место, куда мы будем смотреть?

Проксима b вращается вокруг звезды типа М-карлика, которая является очень активной звездой. Звездная активность усложняет анализ данных при поиске планет. Люди некоторое время искали планету вокруг Проксимы Центавра, и их настойчивость и улучшения в обработке данных наконец окупились. Гораздо сложнее исключить ложное срабатывание для активной звезды, поэтому бремя доказательства выше для такой звезды, как Проксима Центавра.

Я читал, что планета находится близко к своей звезде, возможно, так же близко или ближе, чем Меркурий к нашему солнцу. Но Проксима Центавра холоднее и тусклее нашего Солнца. Тем не менее, каковы будут последствия такой близости?

Расположение обитаемой зоны определяется количеством энергии, исходящей от звезды, поэтому для таких звезд, как Проксима Центавра, обитаемая зона находится ближе к звезде, чем в нашей Солнечной системе. Чем ближе планета подходит к своей звезде, тем больше вероятность того, что она будет заблокирована приливом, а это означает, что одна и та же сторона планеты всегда обращена к звезде. Наша Луна приливно привязана к Земле, поэтому мы можем видеть только одну сторону с Земли. Планеты, заблокированные приливом, могут иметь очень большую разницу температур между стороной планеты, которая обращена к звезде (горячая!) и стороной, обращенной от звезды (холодная!), особенно если у них нет атмосферы. для перераспределения тепла. Планеты, заблокированные приливом, могут быть менее благоприятны для жизни, но это то, что мы все еще пытаемся понять. Имея только один пример жизни, немного сложно понять, где может существовать жизнь.

Насколько важно узнать больше о формировании этой планеты и ее звезды?

В нашей Солнечной системе есть одна звезда, вокруг которой вращается небольшое — по большому счету — количество миров, которые образовались из одного и того же резервуара исходного материала. Это составляет одну точку данных о том, как работают планетные системы. Чтобы по-настоящему понять фундаментальные физические и химические процессы, лежащие в основе наблюдаемого нами мира, нам обычно требуется множество точек данных, охватывающих диапазон соответствующих условий. Основываясь только на количественных показателях, экзопланеты уже произвели революцию в нашем понимании того, как работают планетарные системы и содержащиеся в них миры, и мы узнаем о типах планет, которых у нас нет в нашей Солнечной системе, таких как горячие юпитеры и суперзвезды. Земли.

Как вы думаете, в ближайшие несколько лет такого рода открытия станут более частыми? Является ли это случаем того, что теперь, когда мы знаем, что искать…

Область экзопланет довольно молода по сравнению с научными областями, и было невероятно наблюдать, как эта область набирает обороты. Это область, которая особенно чувствительна к совершенствованию технологий (телескопов, методов анализа данных и т. д.), и по мере их совершенствования и по мере того, как мы строим все более крупные и лучшие телескопы, такие как космический телескоп Джеймса Уэбба, эта область будет продолжать делать открытия в быстрый темп. Методы анализа данных, которые позволили открыть Проксиму b, также сделают обнаружение планет вокруг карликов M более надежными, что полезно, поскольку карлики M являются наиболее распространенным типом звезд.

Но открытие Proxima b требовало чего-то еще, с чем технологии не могут помочь: оно требовало терпения и настойчивости и служит напоминанием о том, что в этих открытиях всегда присутствует человеческий фактор. Каждый раз, когда новый телескоп увидит первый свет или запустится планетарный космический корабль, мы должны помнить, что они были построены человеческими руками, и они будут исследовать места, куда еще не ступала нога человека.

Можем ли мы туда поехать? Или это случай теоретически «да», но технология еще не изобретена.

Думаю, это зависит от того, что вы подразумеваете под «мы» и как быстро вы хотите туда добраться. Я не думаю, что неразумно думать, что мы сможем отправить туда автоматический космический корабль еще при нашей жизни. Например, инициатива Breakthrough Starshot. Но я думаю, что мы все еще далеки от отправки туда людей. Мы еще даже не отправили людей на Марс! Итак, возможно ли это физически? Я не понимаю, почему бы и нет. Можем ли мы сделать это прямо сейчас? №

Знаете ли вы о каких-либо миссиях в дальний космос, чтобы поближе рассмотреть этот и другие потенциальные океанские миры?

НАСА в настоящее время разрабатывает миссию к подповерхностной океанической луне Юпитера Европе, многократный облет Европы, которая будет вращаться вокруг Юпитера и дистанционно изучать Европу. Европейское космическое агентство работает над JUICE (Jupiter Icy Moon Explorer), который также отправится к Юпитеру, но будет изучать другой океанический спутник, Ганимед.

В дополнение к этим двум миссиям, которые сейчас активно разрабатываются и строятся, НАСА в настоящее время изучает возможность отправки посадочного модуля на поверхность Европы — исследование, в котором я участвую, — и люди работают над предложениями по отправке миссий к двум лунам. Сатурна: Энцелад, имеющий подповерхностный водный океан; и Титан, на поверхности которого есть как подземный водный океан, так и углеводородные моря. Эти миссии будут конкурировать друг с другом и другими возможными миссиями, такими как зонд Сатурна или исследователь Венеры, и будет выбрана только одна. У нас определенно больше интересных океанских миров в Солнечной системе, чем денег на их исследование.

Опубликовано в Наука+Технологии

Метки: исследование космоса, НАСА, планетарная наука

Похожие материалы

Вопросы и ответы

Существует ли Девятая Планета?

Опубликовано

21 января 2016 г.

Планетолог JHU Хэл Уивер обсуждает новые доказательства того, что гигантская Девятая планета скрывается за Плутоном

В тренде

Вам всем нужно остыть из-за Проксимы Центавра b

Реакция на это новое открытие, по ее словам, связана с тем, насколько более реальным оно кажется из-за близости Проксимы. «Причина, по которой мы заботимся о планетах, заключается в том, что мы можем вообразить, что это места, куда мы можем попасть и на которых будем находиться», — говорит Мессери. Для большинства планет это все, что мы когда-либо будем делать — вообразите. Но Проксима Центавра b — первая экзопланета, которая также является физическим пунктом назначения.

Земная география точно так же влияет на наше восприятие. «Мы чувствуем связь с местами, которые находятся рядом с нами, потому что мы можем отправиться туда на выходные», — говорит Мессери. «Хотя я не поеду в Нью-Йорк в субботу, тот факт, что я могу, заставляет его чувствовать себя частью моего мира».

Отправляйтесь туда

Хотя ученые не отправятся на Альфу Центавра в субботу, по крайней мере, насколько нам известно, они намерены совершить поездку. Инициатива Breakthrough Starshot, о которой было объявлено в апреле, планирует отправить туда зонд размером с почтовую марку. Во время анонса Proxima проект еще не выбрал, какую звезду в тройной системе посетить (сейчас главный выбор кажется довольно ясным).

Разговоры о межзвездных космических путешествиях — как о реальных вещах — все еще звучат довольно нелепо. И ученые, опасаясь показаться несерьезными, иногда дистанцируются от этого. Но теперь есть новостная привязка и место, на которое они могут указать, говорит Мессери. При этом им удобнее страстно и публично провозглашать межзвездные намерения.

Близость новой планеты также делает поиск инопланетной жизни более конкретным. Вот настоящая звезда, настоящая земная обитаемая планета, очень близко. Если Contact -подобный сигнал пройдет, держу пари на миллион долларов (обещаю, я готов), что правительства всего мира соберутся вместе, чтобы послать туда людей. Потому что межзвездное путешествие с экипажем к Проксиме — это космическая версия поездки Мессери в Нью-Йорк на выходных.

Отправка межзвездного сообщения инопланетянам вместо ожидания его получения исторически воспринималась как философское упражнение. Сообщение может занять несколько поколений+++, чтобы достичь места назначения, как и гипотетический ответ. Но с Proxima «у нас, наконец, может быть что-то вроде настоящего разговора с инопланетянином, с обычным обменом мнениями, который происходит, когда мы встречаем незнакомца», — говорит Дуглас Вакоч, глава METI International. «Менее чем через десять лет мы сможем отправить сообщение и получить ответ от любопытных центавриан».

Более традиционная наука также выигрывает, поскольку будущие наземные телескопы, такие как Европейский Чрезвычайно Большой Телескоп, смогут делать снимки планеты, если не красивые, то, по крайней мере, информативные, что позволит ученым узнать о таких вещах, как биосигнатуры, которые могут выдать существование жизни, которая не транслируется. Ученые в восторге от этого, потому что чем ближе в среднем планета, тем больше мы можем о ней знать.

Глядя в зеркало

Но это не двойник Земли, что бы ни писали заголовки, и это не другие планеты, обнаруженные учеными. Горячие Юпитеры могут быть холодными; планеты, что дождь из стекла может быть хитом на вечеринках; «Супер-Земля» может быть забавно сказать. И получение полной переписи экзопланет ценно. Но большинство ученых, как обнаружил Мессери, на самом деле просто хотят найти другую Землю. Приоритеты исследований отражают это. Космический телескоп Кеплер, обнаруживший больше планет, чем любое другое предприятие, был «специально разработан для исследования части нашего региона галактики Млечный Путь, чтобы обнаружить десятки планет размером с Землю в обитаемой зоне или вблизи нее», согласно НАСА. .

Поиск «земного близнеца» — это поиск платонического идеала, — говорит Мессери. «Это позволяет нам представить Землю в лучшем виде, Землю такой, какой мы хотим ее себе представить, Землю, которой не мешают изменения климата, войны или болезни», — говорит она.

Другими словами, Земля такой, какой мы ее никогда не знали и никогда не узнаем. Если бы ученые нашли планету-близнец, Чистая Земля стала бы в нашем сознании реальным местом, которое все еще существует где-то там.

Но мы не нашли это место. А может и никогда. В поисках идеального партнера вы обычно находите кого-то, кто довольно крут, но кричит на вас, когда голоден, или ненавидит вашу маму.