Warum es so kompliziert ist, bewohnte Planeten zu finden

Es wurden bereits mehr als tausend Exoplaneten entdeckt, von denen nur 31 als lebenswert befunden wurden:



Aber Sie sollten sich mit dieser Menge nicht schmeicheln - es kann sich durchaus herausstellen, dass die realen Bedingungen auf ihnen, wie auf unserer Venus, sehr groß sein können, obwohl sich diese Planeten in der „bewohnbaren Zone“ befinden von den Schätzungen abweichen und das Leben wie das unsere ausschließen. Der Grund dafür ist die Unmöglichkeit der direkten Beobachtung von Planeten in der "bewohnbaren Zone", was das Fehlen zuverlässiger Daten zu den wichtigsten Parametern - der Albedo des Planeten und der Zusammensetzung seiner Atmosphäre - bedeutet. Und ohne diese Parameter sind die Schätzungen der Temperatur auf der Oberfläche des Exoplaneten sehr grob.

Aber beginnen wir mit der Frage, warum die Oberflächentemperatur so wichtig ist. Für die Entstehung und Existenz eines irdischen Lebens ist das Vorhandensein von flüssigem Wasser erforderlich. Daher sollten die Planeten, auf denen Leben existieren kann, in die sogenannte "bewohnbare Zone" einbezogen werden, oder auf andere Weise ist die "Goldlöckchen-Zone" ein Bereich von Umlaufbahnen, in denen die Temperatur auf der Oberfläche des Planeten im Bereich von 0 bis 100 Grad Celsius schwanken sollte. Es ist klar, dass diese Zone für kleine Sterne näher am Stern liegt und für größere Sterne weiter:


Vergleich der bewohnten Zonen der Sonne (gelber Zwerg) und Gliese 581 (roter Zwerg)

Natürlich kann das Leben von Sternen anderer Klassen ausgehen, aber sie werden kein beneidenswertes Schicksal haben - für die Sternklasse A wird die Lebenserwartung eines Sterns weniger als 500 Millionen Jahre betragen, und es besteht keine Notwendigkeit, über eine Entwicklung und Entwicklung des Lebens zu komplexen Formen zu sprechen.

Die kleinste Klasse von M-Sternen (Braune Zwerge) gilt, obwohl sie eine Lebensdauer von mehreren zehn Milliarden Jahren hat, als schlechte Kandidaten, da der Planet zu nahe am Stern sein muss, um genügend Energie zu erhalten. Dies kann zu Gezeitenkräften führen, die dazu führen, dass sich der Planet die ganze Zeit dreht, wobei eine Seite zum Stern gedreht ist (wie unser Mond eine Seite zur Erde gedreht hat). Dies bedeutet einen ewigen Tag auf der einen Seite und eine ewige Nacht auf der anderen Seite. Ein solcher Planet benötigt auch eine sehr dichte Atmosphäre, um das Leben auf seiner Oberfläche vor Sternstrahlung zu schützen. Die Wahrscheinlichkeit des gleichzeitigen Vorhandenseins dieser beiden Zustände wird als sehr gering angesehen.


Klassen von Sternen - geeignet für Lebensplaneten werden hauptsächlich nach Sternen der Klassen K (rote Zwerge) und G (wie unsere Sonne) gesucht.

Und so, wo und wonach gesucht werden soll, haben wir uns entschieden, jetzt bleibt zu bestimmen, wie schwierig es ist, das zu finden, was wir brauchen. Ohne genaue Daten zur Albedo und zur Zusammensetzung der Atmosphäre des Planeten (ob sie überhaupt existiert, ob es einen Treibhauseffekt gibt - und wie sie sich auf den Planeten auswirkt) können wir die Temperatur auf seiner Oberfläche nicht genau bestimmen. Wir müssen also den Planeten mit unseren Instrumenten sehen.

Der erste Exoplanet wurde am 14. September 2008 vom bodengestützten 8-Meter-Teleskop des Gemini-Observatoriums erfasst - dies ist 1RXS J160929.1-210524 b. Dies war aus unserer Sicht kein Planet - seine Masse übersteigt den Jupiter um das 8-fache (die Erde - sogar das 2.500-fache) und die Temperatur an der Oberfläche beträgt 1400 Grad Celsius. In diesem Fall enthalten die Planeten alle Objekte, die keine thermonuklearen Reaktionen in ihrem Kern unterstützen können (dies sind mindestens 12,5 Jupitermassen).


Stern 1RXS J160929.1-210524 und ein Planet in seiner Umlaufbahn. Im Gegensatz zu allen früheren spektakulären Fotografien von Planeten in der Nähe von Neutronensternen und Doppel- oder Dreifachsternsystemen, die nach Ansicht des Künstlers als „Erscheinung eines Exoplaneten“ bezeichnet wurden, ist dieses schlichte Zeugnis ein großer Schritt auf dem Gebiet der Exoplanetenforschung.

Dieser Stern befindet sich 470 Lichtjahre von uns entfernt und hat eine Masse, die etwas geringer ist als die Masse der Sonne. Die Entfernung zwischen einem Stern und einem Planeten beträgt ungefähr 330 AE. Dies war natürlich nicht die Messgrenze für dieses Teleskop, es war am einfachsten, einen solchen Planeten zu finden, der nach seiner Entstehung noch nicht abgekühlt war und selbst viel Licht emittierte.

Der nächste Schritt wurde bereits am 13. Januar 2010 unternommen - mit dem Very Large Telescope wurde das Strahlungsspektrum des Exoplaneten HR 8799 c erhalten. Der Planet ist bei 38 AU von seinem Stern und 130 Lichtjahre von uns. Die Oberflächentemperatur beträgt ca. 800 Grad Celsius. Gemäß den Ergebnissen der Spektrometrie wurde Methan in der Atmosphäre und zwei weitere Substanzen nachgewiesen: Ammoniak / Acetylen und Kohlendioxid / Blausäure, abhängig von der Interpretation der Ergebnisse.


Die dunkelblaue Linie ist das Emissionsspektrum des Planeten HR 8799 c, der hellblaue Bereich ist der Bereich möglicher Fehler (dies ist darauf zurückzuführen, dass das Spektrum des Planeten vom Spektrum eines helleren Sterns „getrennt“ werden muss).

Wie Sie sehen können, sind diese Planeten fast vollständig „aufgewärmt“. ", Und das ist kein Zufall. Die adaptive Optik und die Entwicklung der Elektronik ermöglichten große Erfolge mit bodengestützten Teleskopen - der Einfluss atmosphärischer Störungen wurde praktisch eliminiert, nur eine kleine „Unschärfe“ des Bildes blieb übrig.


Das Foto des Arbeitsteleskops des Keck-Observatoriums, der Laserstrahl des funktionierenden adaptiven Optiksystems ist deutlich sichtbar, die verschwommenen Sterne auf dem Foto sind das Ergebnis der Langzeitbelichtung des Fotos, die zur Erfassung des Laserstrahls benötigt wurde.

Aber der 2,4 Meter alte Hubble, der dieses Jahr 25 Jahre alt wurde, kann mit den Bodenriesen nicht mehr mithalten und erreicht 10,5 Meter. Und wie Sie wissen, überträgt unsere Atmosphäre praktisch keine Infrarotstrahlen, und selbst in einem so hoch gelegenen Observatorium wie dem Keka-Observatorium in Hawaii (4145 m) können Sie das maximal sichtbare Licht und das nahe Infrarot nutzen. Sie sind daher nicht in der Lage, Planeten mit einer Temperatur von etwa 300 K (wie unsere) direkt zu fotografieren - der größte Teil ihrer Strahlung fällt auf den fernen Infrarotbereich, und der sichtbare Teil sind einige Krümel.

Das zukünftige James Webb-Weltraumteleskop wird einen 2,7-mal größeren Spiegel als das Hubble haben, was bedeutet, dass sich der Bereich, in dem es Exoplaneten sehen kann, um den gleichen Betrag ausdehnen wird. Er wird in der Lage sein, dieselben schwachen Objekte wie bodengestützte Teleskope zu sehen und vor allem die Planeten zu "sehen", die im Infrarot emittieren. Dies wird einen großen Schritt bei der Suche nach lebensnahen Exoplaneten bedeuten. Die Möglichkeit, das Emissionsspektrum solcher Planeten zu erhalten, gibt uns die Möglichkeit, von „Schätzungen“ der Temperaturen zu ihrer genauen Messung überzugehen. Und dies ist der Hauptfaktor, mit dem die Suche nach geeigneten Planeten durchgeführt wird.


Die größten vorhandenen und entworfenen Teleskope mit den Daten ihrer Inbetriebnahme. Zum ersten Mal fotografierte Teleskope eines Exoplaneten (Gemini Nord und Süd) befinden sich in der Mitte übereinander (blau und grün). Die Teleskope, die die erste Spektralanalyse durchgeführt haben (Very Large Telescope), sind unten aufgeführt. Zukünftige Teleskope: der Raum James Webb von unten nach oben, bodengestützt, von unten nach oben rechts: Riesen-Magellan-Teleskop, europäisches extrem großes Teleskop, 30-Meter-Teleskop. Und die Person für die Skalierung ist unten rechts.

phl.upr.edu/projects/habitable-exoplanets-catalog Katalog lebensnotwendiger Exoplaneten
www.gemini.edu/sunstarplanet Das erste Foto eines Exoplaneten
Räumlich aufgelöste Spektroskopie des Exoplaneten HR 8799 c. M. Janson, C. Bergfors, M. Goto, W. Brandner, D. Lafreniere Artikel über die erste Spektralanalyse von Exoplaneten

Source: https://habr.com/ru/post/de384847/