Pourquoi trouver des planètes habitées est si compliqué

Plus d'un millier d'exoplanètes ont déjà été découvertes, dont seulement 31 ont été trouvées vivables:



mais vous ne devriez pas vous flatter de cette quantité - il se pourrait bien que bien que ces planètes soient dans la «zone habitable», des conditions réelles sur elles, comme sur notre Vénus, peuvent différer des estimations et exclure la vie comme la nôtre. La raison en est l'impossibilité d'une observation directe des planètes situées dans la "zone habitable", ce qui signifie le manque de données fiables sur les paramètres les plus importants - l'albédo de la planète et la composition de son atmosphère. Et sans ces paramètres, les estimations de la température à la surface de l'exoplanète sont très approximatives.

Mais commençons par la question: pourquoi la température de surface est-elle si importante? Pour l'origine et l'existence d'une vie semblable à la terre, la présence d'eau liquide est requise. Par conséquent, les planètes sur lesquelles la vie peut exister devraient être incluses dans la soi-disant "zone habitable", ou d'une autre manière, la "zone Boucle d'or" est une plage d'orbites dans laquelle la température à la surface de la planète devrait fluctuer entre 0 et 100 degrés Celsius. Il est clair que pour les petites étoiles cette zone est plus proche de l'étoile, et pour les plus grandes étoiles elle est plus loin:


Comparaison des zones habitées du Soleil (naine jaune) et Gliese 581 (naine rouge)

Naturellement, la vie peut provenir d'étoiles d'autres classes, mais elles n'auront pas un destin enviable - pour la classe d'étoiles A, l'espérance de vie d'une étoile sera inférieure à 500 millions d'années, et il n'est pas nécessaire de parler d'évolution et de développement de la vie sous des formes complexes.

La plus petite classe d'étoiles M (naines brunes), bien qu'elle ait une durée de vie de dizaines de milliards d'années, est considérée comme de mauvais candidats car la planète doit être trop proche de l'étoile pour recevoir suffisamment d'énergie. Cela peut entraîner des forces de marée qui font tourner la planète tout le temps avec un côté tourné vers l'étoile (comme notre Lune tourné d'un côté vers la Terre), cela signifie un jour éternel d'un côté et une nuit éternelle de l'autre. De plus, une telle planète aura besoin d'une atmosphère très dense afin de protéger la vie à sa surface contre le rayonnement des étoiles. La probabilité de l'existence simultanée de ces deux conditions est considérée comme très faible.


Les classes d'étoiles - adaptées aux planètes de la vie sont recherchées principalement pour les étoiles des classes K (naines rouges) et G (comme notre Soleil)

Et donc, avec où et quoi chercher, nous avons décidé, maintenant il reste à déterminer - combien il est difficile de trouver ce dont nous avons besoin. Sans données précises sur l'albédo et sur la composition de l'atmosphère de la planète (s'il existe, s'il y a un effet de serre - et quel est son effet sur la planète), nous ne pourrons pas déterminer avec précision la température à sa surface. Nous devons donc voir la planète avec nos instruments.

La première exoplanète a été capturée par le télescope au sol de 8 mètres de l'observatoire Gemini le 14 septembre 2008 - il s'agit du 1RXS J160929.1-210524 b. Ce n'était pas une planète à notre avis - sa masse dépasse Jupiter de 8 fois (la Terre - même 2500 fois), et la température à la surface est de 1400 degrés Celsius. Dans ce cas, les planètes incluent tous les objets qui ne sont pas capables de supporter des réactions thermonucléaires à l'intérieur de leur noyau (c'est au moins 12,5 masses de Jupiter).


Étoile 1RXS J160929.1-210524 et une planète sur son orbite. Contrairement à toutes les photographies spectaculaires précédentes de planètes proches d’étoiles à neutrons et de systèmes d’étoiles binaires ou triples signées comme «l’apparition d’une exoplanète selon l’artiste», ce témoignage clair est un grand pas dans le domaine de la recherche sur les exoplanètes.

Cette étoile est située à 470 années-lumière de nous et a une masse légèrement inférieure à la masse du Soleil. La distance entre une étoile et une planète est d'environ 330 UA. Ce n'était bien sûr pas la limite de mesure pour ce télescope, il était plus facile de trouver une telle planète, qui ne s'était pas encore refroidie après sa formation, et qui émettait elle-même beaucoup de lumière.

La prochaine étape a déjà été franchie le 13 janvier 2010 - à l'aide du Very Large Telescope, le spectre de rayonnement de l'exoplanète HR 8799 c a été obtenu. La planète est à 38 UA de son étoile, et 130 années-lumière de nous. La température de surface est d'environ 800 degrés Celsius. Selon les résultats de la spectrométrie, du méthane a été détecté dans l'atmosphère et deux autres substances: ammoniac / acétylène et dioxyde de carbone / acide cyanhydrique, selon l'interprétation des résultats.


La ligne bleu foncé est le spectre d'émission de la planète HR 8799 c, la région bleu clair est la gamme d'erreurs possibles (c'est dû au fait que le spectre de la planète doit être «séparé» du spectre d'une étoile plus brillante)

Comme vous pouvez le voir, ces planètes sont presque «réchauffées» ", Et ce n'est pas un hasard. L'optique adaptative et le développement de l'électronique ont permis d'obtenir un grand succès avec les télescopes au sol - l'influence des perturbations atmosphériques a été pratiquement éliminée, il ne restait qu'un petit «flou» de l'image.


La photographie du télescope de travail de l'observatoire de Keck, le faisceau laser du système optique adaptatif en fonctionnement est clairement visible, les étoiles floues sur la photo sont le résultat de la longue exposition de la photo, qui était nécessaire pour capturer le faisceau laser.

Mais le Hubble de 2,4 mètres, qui a eu 25 ans cette année, ne peut plus rivaliser avec les géants du sol, atteignant 10,5 mètres. Et comme vous le savez, notre atmosphère ne transmet pratiquement pas de rayons infrarouges, et même dans un observatoire à haute altitude comme l'observatoire de Keka à Hawaï (4145 m), elle vous permet d'utiliser le maximum - la lumière visible et le proche infrarouge. Ils ne sont donc pas en mesure d'obtenir des photographies directes de planètes ayant une température d'environ 300 K (comme la nôtre) - la plupart de leur rayonnement tombe dans la région infrarouge lointaine et la partie visible est constituée de miettes.

Le futur télescope spatial James Webb aura un miroir 2,7 fois plus grand que le Hubble, ce qui signifie que la zone dans laquelle il peut voir les exoplanètes s'élargira du même montant. Il sera capable de voir les mêmes objets faibles que les télescopes au sol, et surtout - de "voir" les planètes qui émettent dans l'infrarouge. Cela donnera un grand pas dans la recherche d'exoplanètes adaptées à la vie. La possibilité d'obtenir le spectre d'émission de telles planètes nous donnera l'occasion de passer des «estimations» des températures à leur mesure précise. Et c'est le principal facteur par lequel la recherche de planètes appropriées est effectuée.


Les plus grands télescopes existants et conçus avec les dates de leur mise en service. Des télescopes photographiés pour la première fois une exoplanète (Gemini Nord et Sud) sont situés au centre l'un au-dessus de l'autre (bleu et vert). Les télescopes qui ont effectué la première analyse spectrale (Very Large Telescope) sont ci-dessous. Futurs télescopes: l'espace James Webb de bas en haut, au sol, de bas en haut à droite: télescope Magellan géant, télescope européen extrêmement grand, télescope de trente mètres. Et la personne pour l'échelle est en bas à droite.

phl.upr.edu/projects/habitable-exoplanets-catalog Catalogue d'exoplanètes adaptées à la vie
www.gemini.edu/sunstarplanet La première photo d'une exoplanète
Spectroscopie à résolution spatiale de l'exoplanète HR 8799 c. M. Janson, C. Bergfors, M. Goto, W. Brandner, D. Lafreniere Article sur la première analyse spectrale des exoplanètes

Source: https://habr.com/ru/post/fr384847/