Por que encontrar planetas habitados é tão complicado

Mais de mil exoplanetas já foram descobertos, dos quais apenas 31 foram encontrados habitáveis:



Mas você não deve se bajular com essa quantidade - pode acontecer que, embora esses planetas estejam na “zona habitável”, condições reais neles, como em Vênus, podem diferir das estimativas e excluir a vida como a nossa. A razão para isso é a impossibilidade de observação direta de planetas localizados na "zona habitável", o que significa a falta de dados confiáveis ​​sobre os parâmetros mais importantes - o albedo do planeta e a composição de sua atmosfera. E sem esses parâmetros, as estimativas da temperatura na superfície do exoplaneta são muito difíceis.

Mas vamos começar com a pergunta: por que a temperatura da superfície é tão importante? Para a origem e existência de vida semelhante à terrestre, é necessária a presença de água líquida. Portanto, os planetas em que a vida pode existir devem ser incluídos na chamada "zona habitável", ou de outra forma, a "zona Cachinhos Dourados" é uma faixa de órbitas em que a temperatura na superfície do planeta deve flutuar na faixa de 0 a 100 graus Celsius. É claro que, para estrelas pequenas, esta zona está mais próxima da estrela e, para estrelas maiores, é ainda mais:


Comparação das zonas habitadas do Sol (anã amarela) e Gliese 581 (anã vermelha)

Naturalmente, a vida pode surgir de estrelas de outras classes, mas elas não terão um destino invejável - para a estrela estelar A, a expectativa de vida de uma estrela será inferior a 500 milhões de anos e não há necessidade de falar sobre qualquer evolução e desenvolvimento da vida para formas complexas.

A menor classe de estrelas M (anãs marrons), embora tenha uma vida útil de dezenas de bilhões de anos, é considerada pobre candidata porque o planeta deve estar muito perto da estrela para receber energia suficiente. Isso pode levar a forças de maré, fazendo com que o planeta gire o tempo todo com um lado virado para a estrela (como nossa Lua virou um lado para a Terra), isso significa um dia eterno de um lado e uma noite eterna do outro. Além disso, esse planeta precisará de uma atmosfera muito densa para proteger a vida em sua superfície da radiação estelar. A probabilidade da existência simultânea de ambas as condições é considerada muito baixa.


Classes de estrelas - apropriadas para os planetas da vida, são pesquisadas principalmente por estrelas das classes K (anãs vermelhas) e G (como o nosso Sol)

E assim, com onde e o que procurar, decidimos, agora resta determinar - quão difícil é encontrar o que precisamos. Sem dados precisos sobre o albedo e sobre a composição da atmosfera do planeta (se existe, se existe algum efeito estufa - e qual é o seu efeito no planeta), não seremos capazes de determinar com precisão a temperatura em sua superfície. Então, precisamos ver o planeta com nossos instrumentos.

O primeiro exoplaneta foi capturado pelo telescópio terrestre de 8 metros do Observatório Gemini em 14 de setembro de 2008 - este é o 1RXS J160929.1-210524 b. Este não era um planeta em nossa opinião - sua massa excede Júpiter em 8 vezes (a Terra - até 2.500 vezes), e a temperatura na superfície é de 1400 graus Celsius. Nesse caso, os planetas incluem todos os objetos que não são capazes de suportar reações termonucleares dentro de seu núcleo (isto é, pelo menos, 12,5 massas de Júpiter).


Estrela 1RXS J160929.1-210524 e um planeta em sua órbita. Ao contrário de todas as fotografias espetaculares anteriores de planetas perto de estrelas de nêutrons e sistemas binários ou triplos assinados como "a aparência de um exoplaneta na visão do artista", esse testemunho simples é um grande passo no campo da pesquisa de exoplanetas.

Esta estrela está localizada a 470 anos-luz de nós e tem uma massa ligeiramente menor que a massa do Sol. A distância entre uma estrela e um planeta é de aproximadamente 330 UA. Obviamente, esse não era o limite de medição para este telescópio, era mais fácil encontrar um planeta que ainda não havia se esfriado após a sua formação e emitia muita luz.

O próximo passo já foi dado em 13 de janeiro de 2010 - usando o Very Large Telescope, o espectro de radiação do exoplaneta HR 8799 c foi obtido. O planeta está em 38 AU de sua estrela, e 130 anos-luz de nós. A temperatura da superfície é de cerca de 800 graus Celsius. De acordo com os resultados da espectrometria, o metano foi detectado na atmosfera e mais duas substâncias: amônia / acetileno e dióxido de carbono / ácido cianídrico, dependendo da interpretação dos resultados.


A linha azul escura é o espectro de emissão do planeta HR 8799 c, a região azul clara é a faixa de erros possíveis (é devido ao fato de que o espectro do planeta precisa ser "separado" do espectro de uma estrela mais brilhante).

Como você pode ver, esses planetas estão quase completamente "aquecidos" ", E isso não é acidente. A óptica adaptativa e o desenvolvimento da eletrônica tornaram possível obter grande sucesso com os telescópios terrestres - a influência das perturbações atmosféricas foi quase eliminada, restando apenas um pequeno "embaçamento" da imagem.


A fotografia do telescópio em funcionamento do Observatório Keck, o raio laser do sistema óptico adaptativo em funcionamento é claramente visível, as estrelas embaçadas na foto são uma consequência da longa exposição da foto, necessária para capturar o raio laser.

Mas o Hubble de 2,4 metros, que completou 25 anos neste ano, não pode mais competir com os gigantes terrestres, chegando a 10,5 metros. E como você sabe, nossa atmosfera praticamente não transmite raios infravermelhos e, mesmo em um observatório de grande altitude como o Observatório Keka no Havaí (4145 m), permite usar a luz visível máxima e o infravermelho próximo. Portanto, eles não são capazes de obter fotografias diretas de planetas com uma temperatura de cerca de 300 K (como a nossa) - a maior parte de sua radiação cai na região do infravermelho distante, e a parte visível é algumas migalhas.

O futuro telescópio espacial James Webb terá um espelho 2,7 vezes maior que o Hubble, o que significa que a área na qual ele pode ver exoplanetas se expandirá na mesma quantidade. Ele será capaz de ver os mesmos objetos fracos dos telescópios terrestres e, o mais importante - de "ver" os planetas que emitem no infravermelho. Isso dará um grande passo na busca de exoplanetas adequados para a vida. A possibilidade de obter o espectro de emissão de tais planetas nos dará a oportunidade de passar de "estimativas" de temperaturas para sua medição precisa. E este é o principal fator pelo qual a busca por planetas adequados é realizada.


Os maiores telescópios existentes e projetados, com as datas de seu comissionamento. Os telescópios fotografados pela primeira vez em um exoplaneta (Gêmeos Norte e Sul) estão localizados no centro, um acima do outro (azul e verde). Os telescópios que fizeram a primeira análise espectral (Very Large Telescope) estão abaixo. Telescópios futuros: a espaçonave James Webb de baixo para cima, telescópios terrestres de baixo para cima: telescópio gigante de Magalhães, telescópio europeu extremamente grande, telescópio de trinta metros. E a pessoa para a escala é o canto inferior direito.

phl.upr.edu/projects/habitable-exoplanets-catalog Catálogo de exoplanetas adequados para a vida
www.gemini.edu/sunstarplanet A primeira foto de um exoplaneta
Espectroscopia espacialmente resolvida do exoplaneta HR 8799 c. M. Janson, C. Bergfors, M. Goto, W. Brandner, D. Lafreniere Artigo sobre a primeira análise espectral de exoplanetas

Source: https://habr.com/ru/post/pt384847/