Ponekad se čini kao da postoji bujica najava koje sadrže otkrića planeta 'sličnih Zemlji'. I dok su te objave uzbudljive i znanstveno vrijedne pažnje, uvijek se postavlja malo pitanje koje ih postavlja: koliko su zapravo slične Zemlji?
Uostalom, Zemlja je definirana svojim odnosom sa Suncem.
Ne postoji stroga definicija pojma 'slično Zemlji'. To samo znači svijet koji je sličan u nekim aspektima.
Ali većinu vremena kada se izraz sličan Zemlji koristi za opisivanje egzoplaneta, on se odnosi na veličinu i potencijal da se tekuća voda zadrži na površini. Problem je u tome što većina svjetova koji su opisani kao Zemljini – zapravo većina egzoplaneta – kruže oko zvijezda crvenih patuljaka.
“Puna slika nastanjivosti, međutim, uključuje i pogled na kvalitete zvijezde.”
Dr. René Heller, glavni autor, Institut Max Planck za istraživanje Sunčevog sustava.
Zvijezde crvenih patuljaka jako se razlikuju od našeg Sunca. Mali su, mutni i hladni. Oni su najmanje i najzgodnije zvijezde u glavnoj sekvenci. Sunce je, s druge strane, veliko, blistavo i ima površinsku temperaturu od oko 5700 K (5420 C) u usporedbi s temperaturom površine crvenog patuljka od oko 2000 K (1730 C).
Umjetnički dojam zvijezde crvenog patuljka poput Proxima Centauri, najbliže zvijezde našem Suncu. Većina potvrđenih egzoplaneta kruži oko zvijezde crvenog patuljka, koja je najčešći tip zvijezde u Mliječnoj stazi. Zasluge: NRAO/AUI/NSF; D. Berry
Dakle, ako egzoplanet opisan kao Zemljin kruži oko zvijezde crvenog patuljka, koliko može biti sličan Zemlji? Točnije je opisati parove planet-zvijezda kao Zemlja-Sunce, budući da odnos između planeta i njegove zvijezde uvelike određuje planet.
Autorica nove studije drži se tog stajališta.
Studija je naslovljena “Istraživanje tranzitnih najmanjih kvadrata. III. A 1.9R?tranzitni kandidat u nastanjivoj zoni Kepler-160 i netranzitni planet koji karakteriziraju varijacije u vremenu tranzita.” Glavni autor je dr. René Heller s Instituta Max Planck za istraživanje Sunčevog sustava (MPS). Studija je objavljena u časopisu Astronomy and Astrophysics.
Kada je riječ o nastanjivanju i da li je planet sličan Zemlji, Heller kaže u a priopćenje za javnost da 'puna slika nastanjivosti, međutim, uključuje i pogled na kvalitete zvijezde.'
Većina zvijezda u Mliječnom putu su crveni patuljci; oni nisu ništa poput našeg Sunca. Ako planet ne kruži oko zvijezde slične Suncu, može li se taj planet doista nazvati 'sličnim Zemlji?' Slika Sunca. Zasluge: SDO/NASA
Novi se rad vrti oko Keplera-160, zvijezde glavnog niza vrlo slične Suncu. Kepler-160 je oko 90% mase Sunca, oko 1,12 polumjera Sunca i ima temperaturu površine od oko 5470 K (5200 C). To je vrlo slično površinskoj temperaturi Sunca, koja je oko 5770 K (5500 C).
Kepler 160 udaljen je oko 3140 svjetlosnih godina, u sazviježđu Lira.
Ova udaljena zvijezda također ima dva potvrđena planeta koji kruže oko nje, a astronomi za njih znaju godinama. Ti planeti su nazvani Kepler-160 b i Kepler-160 c, slijedeći konvencije o imenovanju egzoplaneta. Oba ta planeta su znatno veća od Zemlje i kruže blizu zvijezde. Previše su vrući za život kakav poznajemo da bismo tamo preživjeli.
Ali nešto se događa s Kepler-160 c (K160c). Njiha se, a nešto malo ga vuče kako bi izazvalo ove male orbitalne varijacije. Je li bilo nešto skriveno u izvornim Keplerovim podacima? Još jedan mali planet u orbiti oko K160?
Tu na scenu stupaju Heller i njegovi kolege. Već su uspješno pročešljali postojeće Keplerove podatke i pronašli planete koji su promašeni. Godine 2019. Keller i njegovi kolege, Michael Hippke i Kai Rodenbeck, objavio rad predstavljajući otkriće 17 novih egzoplaneta skrivenih u izvornim Keplerovim podacima. I svi su bili u solarnim sustavima gdje su planeti već bili otkriveni.
Sada se čini da su to opet učinili.
The svemirska letjelica Kepler bio je stvarno dobar u jednoj stvari: pronalaženje padova u svjetlu zvijezda u udaljenim solarnim sustavima, uzrokovanih planetom koji se kreće ispred njega, s naše točke gledišta. To se zove tranzit. Ali postoji problem s tom metodom.
Postoji inherentna pristranost odabira u korist velikih planeta, koji uzrokuju izraženiji pad svjetla zvijezda kada prolaze, u usporedbi s manjim planetima. Kao rezultat toga, većina egzoplaneta koje je otkrio Kepler je velika. To su plinoviti planeti veličine Neptuna, različiti od Zemlje koliko god možete.
Kako se planet kreće ispred svoje zvijezde, sjaj zvijezde opada, a zatim se vraća na svoju prijašnju razinu kada je tranzit završen. Svemirska letjelica Kepler bila je vrlo uspješna s ovom metodom, ali metoda ima inherentnu pristranost odabira za veće planete. Zasluge za sliku: NASA, ESA, G. Bacon (STSci)
U ovom novom djelu Keller i Hippke zauzeli su drugačiji pristup. Umjesto da traže prolaze poput stepenica, gdje je svjetlo zvijezda tamo, pa blokirano, pa se opet vraća, učinili su nešto drugačije. Razvili su nijansiraniji fizički model varijacija u zvjezdanom zatamnjivanju. Oni to zovu Tranzitni algoritam najmanjih kvadrata (TLS). . Taj je algoritam optimiziran za pronalaženje manjih planeta i pomaže ublažiti Keplerovu ugrađenu pristranost odabira.
'Naše poboljšanje je posebno važno u potrazi za malim planetima veličine Zemlje', objašnjava Heller. “Planetarni signal je toliko slab da je gotovo u potpunosti skriven u buci podataka. Naša nova maska za pretraživanje nešto je bolja u odvajanju pravog egzoplanetarnog signala od buke u kritičnim slučajevima”, dodaje Heller.
U ovom slučaju, tim je pronašao ne jedan, već dva nova egzoplaneta kandidata u sustavu K-160. To čini ukupno četiri planeta.
'Naša analiza sugerira da oko Keplera-160 ne kruže dva, već ukupno četiri planeta', rekao je Heller.
Jedan od njih, K160d, je onaj koji je vukao K160c. Ali to je druga koja bilježi interes. Drugi novi planet još uvijek nije potvrđen i nije pokazao nikakve tranzite ispred svoje zvijezde. Dakle, nosi naziv KOI-456.04, što je skraćenica za Kepler Object of Interest 456.04.
KOI-456.04 ima polumjer od 1,9 Zemljinih radijusa, tako da je znatno veći od Zemlje. Ali njegovo orbitalno razdoblje je 378 dana, vrlo slično Zemljinom. A zvijezda oko koje kruži vrlo je slična Suncu, pa je količina insolacija prima vrlo je sličan Zemljinom. I ne samo to, nego za razliku od svih egzoplaneta koji kruže oko crvenih patuljaka, pa stoga svoju insolaciju primaju kao infracrvenu energiju, KOI-456.04 prima svoju energiju u vidljivom svjetlu. Baš kao i Zemlja.
Većina egzoplaneta iz misije Kepler veličine je Neptuna i u relativno bliskim orbitama oko svojih zvijezda domaćina, gdje bi temperature na tim planetima bile previše visoke za tekuću površinsku vodu (treći panel odozgo).Gotovo svi planeti veličine Zemlje za koje se zna da imaju površinske temperature slične Zemlji su u orbiti oko crvenih patuljastih zvijezda, koje ne emituju vidljivu svjetlost već umjesto toga infracrveno zračenje (donja ploča). Zemlja je na pravoj udaljenosti od Sunca imati površinske temperature potrebne za postojanje tekuće vode. Novootkriveni planet kandidat KOI-456.04 i njegova zvijezda Kepler-160 (drugi panel odozgo) imaju velike sličnosti sa Zemljom i Suncem (gornja ploča). Zasluge za sliku: MPS / René Heller
Prima oko 93% energije koju prima Zemlja. Dakle, ako ima relativno inertnu atmosferu s blagim efektom staklenika, temperatura površine bi mu bila oko +5 stupnjeva Celzija. I iako je to oko 10 C niže od Zemljine prosječne površinske temperature, još uvijek je dovoljno topla da se tekuća voda zadrži.
Velika je slika da je ovaj novootkriveni planet u vrlo sličnom odnosu sa svojom zvijezdom kao što je Zemlja i Sunce. Nalazi se u nastanjivoj zoni svoje zvijezde na način vrlo sličan Zemlji. Dakle, u tom smislu, to bi mogao biti egzoplanet najsličniji Zemlji koji smo dosad otkrili, čak i ako je gotovo dva puta veći od polumjera Zemlje.
Većina otkrivenih egzoplaneta su negostoljubivi plinoviti divovi, koji kruže oko zvijezda crvenih patuljaka. Definitivno ne nalik Zemlji. Umjetnički dojam hladne crvene zvijezde i planeta plinovitog diva NGTS-1b naspram Mliječne staze. Zasluge: Sveučilište Warwick/Mark Garlick.
“KOI-456.01 je relativno velik u usporedbi s mnogim drugim planetima koji se smatraju potencijalno nastanjivim. Ali kombinacija ove manje od dvostruke veličine planeta Zemlje i njezine zvijezde domaćina solarnog tipa čini ga tako posebnim i poznatim”, pojašnjava Heller.
Naravno, KOI-456.04 je još uvijek samo egzoplanet kandidat, čije postojanje još nije potvrđeno. To bi mogla biti samo pogreška mjerenja, ili čak statistički slučaj. Heller i njegovi kolege kažu da, kako sada stoji, postoji oko 85% šanse da je to doista planet. Da bi se formalno smatrao planetom, taj broj mora biti 99%. Za potvrdu će biti potrebna daljnja promatranja snažnim zemaljskim teleskopom, ili još bolje, promatranja s nadolazećim svemirskim teleskopima.
Ovo otkriće postavlja pitanje za astronomsku zajednicu. Kada bi se za opisivanje planeta trebao upotrijebiti naziv 'sličan Zemlji'? Pogotovo sada kada je otkriven ovaj istinski Zemljin planet, a s obzirom na to da kako budemo postajali sve bolji u otkrivanju egzoplaneta veličine Zemlje, vjerojatno će ih biti na desetke, stotine ili čak tisuće za nekoliko godina.
Vrsta zvijezde mora doći u obzir kada kategoriziramo planete kao Zemljine. Većina egzoplaneta kruži oko zvijezda crvenih patuljaka, najčešćeg tipa zvijezda u Mliječnoj stazi. Prigušeni su, hladni i skloni nasilnim izljevima. Ti bi ispadi mučili bilo koji planet koji je preblizu, i život bi učinio vrlo malo vjerojatnim. Mogu li se planeti koji kruže oko ovih zvijezda doista smatrati sličnima Zemlji?
Umjetnička koncepcija događaja superfleka na patuljastoj zvijezdi. Koliko planet može biti sličan Zemlji ako je podvrgnut ovakvoj vrsti intenzivnog događaja? Kredit za sliku: Mark Garlick/Sveučilište Warwick
Postoji određeni kontekst za korištenje izraza nalik Zemlji za opisivanje egzoplaneta. U posljednjem desetljeću i pol otkrili smo preko 4000 potvrđenih egzoplaneta, a sada znamo da ih veliki broj čeka da budu otkriveni u Mliječnoj stazi. A većina od ovih 4000 su plinski divovi. To su planeti veličine Neptuna, oko 4 puta masivniji od Zemlje.
Dakle, kada astronomi pronađu planet koji je malen, vjerojatno stjenovit, i prima količinu energije od svoje zvijezde koja je slična onoj koju Zemlja prima od Sunca, često biva označen oznakom 'sličan Zemlji'. Nema tu ničeg neiskrenog.
No, većina ljudi vjerojatno bi se složila da bilo koji planet koji je stalno bio napadnut nasilnim plamenovima definitivno nije sličan Zemlji. Zemlja je samo Zemlja zbog svog dobronamjernog odnosa sa Suncem. Treba li pojam sličan Zemlji biti ograničen na planete slične Zemlji, koji također kruže oko zvijezda sličnih Suncu? Može biti.
Hoćemo li u budućnosti planete opisivati samo kao Zemlji kada i oni imaju sličan mjesec? Ova slika prikazuje slike daleke strane Mjeseca, obasjane suncem, dok prelazi između Zemljine polikromatske kamere svemirske letjelice DISCOVR ( EPIC) kamera i teleskop, a Zemlja - milijun milja daleko. Zasluge: NASA/NOAA
A što je s Mjesecom? Zemljin Mjesec ima stabilizirajući učinak na Zemljinu klimu, ublažavajući Zemljino njihanje oko svoje osi. Mjesec također ima veliki utjecaj na plimu i oseku, a ona je možda skočila ili ubrzala život na Zemlji . Hoćemo li u budućnosti govoriti ne o planetima nalik Zemlji, već o aranžmanima poput Zemlje i Sunca? Ili aranžmani poput Zemlje-Sunce-Mjesec?
Naravno, nismo ni blizu da možemo otkriti egzomjese. Ne još. Ali jednog dana bit ćemo.
Tada ćemo morati ponovno razmisliti o svom jeziku i kategorizaciji.
Više:
- Priopćenje za javnost: Slaba sličnost Sunca i Zemlje
- Znanstveni rad:Istraživanje tranzitnih najmanjih kvadrata. III. A 1.9R?tranzitni kandidat u nastanjivoj zoni Kepler-160 i netranzitni planet koji karakteriziraju varijacije u vremenu tranzita
- Svemir danas: Sada kada je TESS operativan, astronomi procjenjuju da će pronaći 14.000 planeta. 10 Mogli bi biti zemaljski svjetovi u zoni za stanovanje zvijezde poput Sunca
