Kaip naujos kartos teleskopai padės mums medžioti egzoplanetas

Pastaraisiais metais mes atradome stulbinamą daugybę planetų, esančių už mūsų pačių saulės sistemos ribų. Be tų, kurie yra potencialiai tinkamas gyventi, mes taip pat radome egzoplanetų, kurios yra karštesnis už žvaigždes, turi geležinis lietus ir geltonas dangus, ir kurie turi cukraus vatos tankis. Bet mes vis dar vos subraižome to, kas ten yra.

Naujos kartos planetų paieškos misijos nueis dar toliau, nustatydamos egzoplanetas ir nustatydamos jų tinkamumą gyventi net iš tūkstančių šviesmečių. Norėdami sužinoti daugiau apie tai, kaip ieškote planetos adatos mūsų galaktikos šieno kupetoje, kalbėjomės su trimis ekspertais, dirbančiais su pažangiausiais egzoplanetų projektais.

Egzoplanetų sprogimas

Pirmosios egzoplanetos buvo atrastos 1992 m., o per mažiau nei tris dešimtmečius žinomų planetų, esančių už mūsų Saulės sistemos ribų, skaičius sprogo. NASA sąmatos kad žinomų egzoplanetų skaičius maždaug padvigubėja kas 27 mėnesius.

Egzoplanetos atradimas buvo pradėtas naudojant antžeminius teleskopus, pavyzdžiui, 1995 m. buvo atrasta garsioji egzoplaneta 51 Peg b, už kurią du Šveicarijos astronomai gavo Nobelio premiją. Tačiau egzoplanetų medžioklė tikrai įsibėgėjo, kai atsirado kosminiai planetų medžioklės teleskopai, tokie kaip NASA. Kepleris ir TESS misijos.

Dabar naujos NASA ir ESA (Europos kosmoso agentūros) misijos identifikuoja ir tiria tolimas egzoplanetas išsamiau nei bet kada anksčiau.

Egzoplanetų paieška mūsų galaktikoje

PLATO yra ESA naujos kartos planetų medžioklės kosminis teleskopas, kuris šiuo metu yra statomas siekiant 2026 m. Misija bus sutelkta į ryškias žvaigždes, kurios yra gana arti mūsų galaktikoje, paprastai yra nuo 300 iki 1000 šviesmečių atstumu, žiūrint į kiekvieną sritį bent jau dvejus metus.

Misija ieškos tinkamų gyventi pasaulių, naudodama tranzito metodą, kurio metu mokslininkai išmatuos tolimos žvaigždės ryškumą. Jei žvaigždės šviesumas reguliariais intervalais mažėja, tai reiškia, kad tarp jų eina planeta mes ir žvaigždė, užblokuodami dalį žvaigždės skleidžiamos šviesos ir sukeldami panirimą ryškumą. Tiksliai išmatavus šį kritimą, tokie instrumentai kaip PLATO gali labai tiksliai apskaičiuoti planetos dydį.

Dvejų metų stebėjimo laikotarpis leidžia mokslininkams ieškoti ilgesnio laikotarpio planetų. Taigi, kol tokia misija kaip Kepleris ilgą laiką žiūrėjo į mažą dangaus plotą, o TESS žiūri į dideli dangaus regionai trumpam laikui, PLATO žvelgs ir į didelį regioną, ir į ilgą laiką laikas.

Mums reikės instrumentų, kurių stebėjimo laikotarpis ilgesnis nei ankstesnės misijos, kad galėtume aptikti tokias planetas kaip mūsų pačių, interviu „Digital Trends“ paaiškino Ana Heras, PLATO projekto mokslininkė. „Mes norime aptikti į Žemę panašias planetas, o tai reiškia, jei norite pamatyti planetą, panašią į Žemę gyvenamoji zona, jo orbitinis periodas bus vieneri metai“, – sakė ji. „Taigi turime stebėti mažiausiai dvejus metus, nes norime matyti bent du tranzitus.

Dabartiniai modeliai rodo, kad stebint du tam tikros žvaigždės tranzitus turėtų būti pakankamai duomenų identifikuoti ir tam tikru mastu apibūdinti egzoplanetą, tačiau yra tikimybė, kad PLATO gali stebėti tą pačią sritį trejus ar net ketverius metus, jei būtina.

Be šių į Žemę panašių planetų, PLATO taip pat žiūrės į šaltesnes raudonąsias nykštukines žvaigždes, kurios gali turėti aplink juos skriejančios gyvenamosios egzoplanetos. Itin tikslus teleskopo fotometras taip pat gali išmatuoti informaciją apie stebimų žvaigždžių svyravimus, o tai gali pasakyti mokslininkams apie jų vidinę struktūrą ir amžių. „Tai leis mums fantastišku būdu tobulinti žvaigždžių evoliucijos supratimą ir bendras žinias apie žvaigždžių fiziką“, - sakė Herasas.

Viena iš įdomiausių PLATO galimybių yra ta, kad ji yra tokia tiksli, kad ji netgi gali aptikti aplink egzoplanetas skriejančius mėnulius, vadinamus egzomėnuliais. Suprantama, kad mėnuliai egzistuoja už mūsų Saulės sistemos ribų, tačiau dabartiniai metodai dar nepatvirtino jų aptikimo.

Galimybė, kad PLATONAS galėtų rasti tokį mėnulį, atveria galimybę ieškoti įvairių tipų gyvenamosios aplinkos – ne tik į Žemę panašių planetų, bet ir į panašius palydovus. Saturno mėnulis Enceladas kuri yra viena iš perspektyviausių potencialiai tinkamų gyventi ne Žemėje vietų mūsų Saulės sistemoje.

Kiek planetų yra mūsų galaktikoje?

Iki šiol atradome maždaug 4200 egzoplanetų, o apie daugiau pranešama praktiškai kiekvieną mėnesį. Tačiau lieka atviras klausimas, kiek tiksliai planetų yra mūsų galaktikoje. Naudojant tokius metodus kaip tranzito metodas, atskleidžiamos tik tam tikros konfigūracijos planetos, ypač tos, kurios yra arti skrieja į savo žvaigždes, todėl mums reikia bendro galaktikos vaizdo, kad galėtume geriau suprasti, kiek planetų yra viso.

Štai ką NASA planuoja Nancy Grace romėnų kosminis teleskopas, arba tiesiog Romanas, siekia atrasti. Teleskopas šiuo metu yra statomas ir, kai jis bus paleistas 2025 m. pabaigoje arba 2026 m. pradžioje, jis pradės naktinio dangaus tyrimą, pavadintą Romos galaktikos egzoplanetų tyrimu (RGES).

Šios apklausos tikslas nėra atrasti ar ištirti egzoplanetas per se, o greičiau gauti a didelis vaizdas, kiek žvaigždžių mūsų galaktikoje yra planetų sistemos ir kokios šios sistemos yra platinami.

Planetų aptikimas lenkiant šviesą

Dangaus tyrinėjimui Romanas naudos techniką, vadinamą mikrolęšiavimu, kuris gali atrinkti egzoplanetas, tačiau daugiausia pasakoja mokslininkams apie žvaigždes, aplink kurias skrieja planetos.

„Mikrolensavimas yra unikalus daugeliu atžvilgių“, – interviu „Digital Trends“ sakė pagrindinis RGES tyrėjas Scottas Gaudi. Jis pagrįstas procesu, vadinamu gravitaciniu lęšiu, kuris naudojamas žvaigždėms aptikti. „Tai veikia taip, kad jei pakankamai ilgai (apie 500 000 metų) žiūrite į žvaigždę, atsitiktinai atsiras kita žvaigždė. plūduriuokite pakankamai arti savo regėjimo linijos ta fono žvaigždė, kad padalytų šviesą iš fono žvaigždės į du vaizdus. paaiškino.

„Fono šaltinio žvaigždė pašviesėja, kai priekinio plano žvaigždė ateina priešais ją, nes priekinio plano žvaigždės gravitacija sulenkia šviesos spindulius, kurie būtų išnykę. nuo matymo taško“. Tai reiškia, kad jei mokslininkai stebi, kaip fone esanti žvaigždė ryškėja, o paskui blanksta, jie gali daryti išvadą, kad tarp jos ir perėjo kita žvaigždė. mus.

Šis metodas gali būti toliau tobulinamas, kad būtų galima aptikti egzoplanetas. „Jei ta priekinio plano žvaigždė turi planetą, tada ta planeta turi masę, o tai reiškia, kad ji gali gravitaciniu būdu objektyvuoti ir tą žvaigždę“, – sakė Gaudi. „Taigi, jei vienas iš tų dviejų tos fono žvaigždės atvaizdų, sukurtų pirmame plane priimančiosios žvaigždės, praeis arti planetos, tai sukels trumpą papildomas pašviesėjimas arba pritemdymas, kuris trunka nuo kelių valandų, jei planeta turi Žemės masės, iki kelių dienų, jei masė yra Jupiteris planeta“.

Problema ta, kad šie įvykiai, kuriuose planetos ir žvaigždės išsirikiuoja taip, yra reti ir nenuspėjami. Taigi, norėdami juos užfiksuoti, astronomai turi stebėti daugybę žvaigždžių. „Jūs gaunate vieną objektyvo įvykį vienai žvaigždei per 500 000 metų, todėl laukti reikia daug laiko“, - sakė Gaudi. „Taigi mes stebime apytiksliai 100 milijonų žvaigždžių galaktikos iškilime [tankiai sukrautas žvaigždžių plotas mūsų galaktikos viduryje] ir bet kuriuo metu daugybė tūkstančių yra nufotografuojami.

Romanas bus ypač tinkamas tokio tipo tyrimams, nes turi labai didelį matymo lauką, leidžiantį stebėti didelę galaktikos iškilumo dalį. Jis taip pat gali stebėti šiuos milijonus žvaigždžių per 15 minučių, todėl mokslininkai gali užfiksuoti šiuos objektyvo įvykius, kai jie vyksta.

Papildomos misijos

Pirminiai iki šiol mūsų turimi duomenys apie tai, kiek egzoplanetų gali egzistuoti mūsų galaktikoje, gaunami iš dabar nebenaudojamo Keplerio kosminio teleskopo, kuris tyrinėjo dangų 2009–2018 m., išmatuodamas maždaug 150 000 žvaigždžių šviesumą, kad galėtų ieškoti egzoplanetų naudojant tranzitą. metodas.

Ši misija padėjo pagrindus šiandieniniams egzoplanetų tyrimams. Tačiau dėl Keplerio naudojamo metodo vis dar yra daug egzoplanetų, kurių jis galėjo praleisti. Romos projektu siekiama išplėsti ir papildyti šį darbą naudojant kitą metodą.

"RGES tyrimas yra svarbus, nes jis papildys Kepler", - paaiškino Gaudi. „Mikrolęšių metodas iš esmės jautrus planetoms, kurios yra toliau, taigi planetoms, kurių orbitos yra maždaug didesnės nei Žemė“. Jei šį metodą naudotų tolimi ateiviai mūsų saulės sistemai stebėti, jis galėtų aptikti visas planetas, išskyrus Merkurijus.

„Kadangi Kepleris buvo tik vos jautrus Žemės masės planetoms. Taigi mums tikrai reikia atlikti RGES tyrimą, kad galėtume atlikti šį statistinį galaktikos egzoplanetų surašymą“, – sakė Gaudi.

Mikroobjektyvas taip pat nepriklauso nuo ryškios stebimų žvaigždžių šviesos, todėl mokslininkai gali stebėti sistemas, esančias tiek arti mūsų, tiek toli nuo galaktikos centro. Romanas leis tyrėjams įgyti statistinį supratimą apie tai, kaip planetų sistemos pasiskirsto visoje mūsų galaktikoje, Gaudi pasakė: „Taigi mes iš tikrųjų galime nustatyti egzoplanetinių sistemų galaktinį pasiskirstymą, o tai iš esmės neįmanoma su jokiu kitu technika“.

Egzoplanetų apibūdinimas naudojant tranzitus

PLATO ir Romos teleskopai bus neįkainojami atrandant naujas egzoplanetas ir įvertinant, kiek egzoplanetų iš viso yra mūsų galaktikoje. Tačiau kai žinome, kiek planetų yra ir kur jos yra, mums reikia naujų įrankių, kad galėtume daugiau sužinoti apie šias planetas – tirti tokias savybes kaip jų masė, dydis ir amžius. Ši informacija gali padėti mums pamatyti, kokios planetos yra ten, ar tai yra dujų milžinai, tokie kaip Jupiteris ar Saturnas, ar uoliniai pasauliai, tokie kaip Žemė ir Marsas.

ESA neseniai pradėjo veikti naujas kosminis teleskopas CHEOPS (Characterising ExOPlanets Satellite), kuris tiria egzoplanetas iš orbitos. CHEOPS projekto vykdymo metu greičiausiai bus rasta naujų egzoplanetų, tačiau pagrindinis jo tikslas – tranzito metodu išsamiau ištirti kitų tyrimų metu aptiktas egzoplanetas.

„Iš esmės mes esame tolesnė misija“, – interviu „Digital Trends“ paaiškino Kate Isaak, projekto CHEOPS mokslininkė. „Stebime, kad surastume, be kita ko, žinomų egzoplanetų dydžius.

Tai reiškia, kad šio projekto mokslininkai turi pranašumą savo stebėjimuose, nes jie jau turi reikiamą informaciją apie tai, kada įvyks tranzitas. Jie gali nukreipti instrumentą į tikslinę planetą tinkamu momentu, kai ji keliauja, kad gautų informaciją apie ją.

CHEOPS buvo paleistas tik prieš kelis mėnesius, tačiau jau atrado naujos informacijos apie planeta KELT-11 b, nustatė, kad ši keista planeta yra tokio mažo tankio, kad „plūduriuotų ant vandens pakankamai dideliame baseine“, teigiama tyrėjų pareiškime.

Ieškau Žemės 2

Egzoplanetų aptikimas ir tyrimas – tai ne tik keistų pasaulių, pavyzdžiui, radimas KELT-9 b arba AU mikrofonas b nors. Tai taip pat apie didžiausius klausimus: ar gyvybė egzistuoja už Žemės ribų. Šiuo metu astronomų atliekami darbai pradeda tirti ne tik planetų buvimo vietą, bet ir tai, ar jos gali būti tinkamos gyventi. Galų gale jie galėtų padėti nustatyti, ar šiose tolimose planetose iš tikrųjų gyvena gyvybė.

„Vienas iš šventųjų egzoplanetų mokslo gralių ieško gyvybės“, – sakė Isaakas. „Vienas iš dalykų, kurių žmonės ieško, yra į Žemę panaši planeta. Galima sakyti, „Žemė 2“. Tai reiškia, kad reikia ieškoti uolinės planetos žvaigždės gyvenamojoje zonoje – atstumu nuo žvaigždės, per kurį planetos paviršiuje gali egzistuoti skystas vanduo. Ateities misijos, tokios kaip James Webb kosminis teleskopas, netgi galės ištirti, ar tolimos egzoplanetos turi atmosferą.

Heras, PLATO projekto mokslininkas, sutiko su tinkamumo gyventi paieškų svarba. „Galimų gyventi egzoplanetų tyrimas iš tikrųjų yra kitas žingsnis siekiant suprasti ne tik planetų vystymąsi, bet ir galbūt kaip gyvybės atsiradimą“, – sakė ji. „Po to, kai sužinojome apie egzoplanetas, kitas žingsnis bus daugiau sužinoti apie gyvybės vystymąsi ir gyvenimo pradžią.

Taip pat kyla didelis atviras klausimas, ar yra kitų saulės sistemų, panašių į mūsų. "Mes taip pat norėtume žinoti, kokia unikali yra mūsų planeta", - sakė Herasas. Ji paaiškino, kad net ir turint tūkstančius atrastų egzoplanetų, labai nedaug iš jų yra jų žvaigždžių gyvenamojoje zonoje. „Taigi mes tikrai dar nežinome, kokia unikali yra mūsų saulės sistema ir kokia unikali yra Žemė.

Galutinis klausimas

Šis ryšys tarp egzoplanetų atradimo ir gyvybės paieškų skatina ir šiuose projektuose dirbančius mokslininkus, ir visuomenės apetitą mokytis apie tolimus pasaulius. Neįmanoma girdėti apie keistas egzoplanetas ir neįsivaizduoti, kaip būtų gyventi šiose keistose vietose.

„Egzoplanetos žavi, jei ne daugiau, nes jas lengva suprasti“, – sakė Isaakas. „Gyvename planetoje. Klausimas, ar esame vieni, yra gilus – filosofiškai, fiziškai, psichologiškai – tai žavus klausimas, kurį galime lengvai suprasti. Egzoplanetų paieška ir tyrinėjimas yra žingsnis link klausimo, ar mes vieni... Su CHEOPS mes nerasime gyvybės. Nebaigsime misijos sakydami, kad X planetoje atradome mažus žalius žmogeliukus. Bet ką mes padarysime, tai prisidėsime prie proceso, kuriuo galėtumėte tai padaryti ilgesniu laikotarpiu.

Net jei gyvenimo paieškos nieko neduoda, tai vis tiek būtų gilus atradimas. O pati paieška gali paskatinti mokslinius tyrimus ir giliai apmąstyti mūsų vietą visatoje.

„Manau, kad mes visi ieškome prasmės“, - sakė Gaudi. „Jei galėtume kaip nors įsivaizduoti, ar gyvybė, net paprasta gyvybė, atsirado kitoje planetoje nepriklausomai nuo gyvybės Žemėje, arba jei ne ir mes esame kosmiškai vieniši – bet kuris iš jų turėtų labai didelę įtaką mūsų požiūriui į save ir savo vietą pasaulyje. visata. Tai yra ta prasmė, kuri mane asmeniškai skatina studijuoti tinkamumo gyventi ir galbūt gyvybės paieškas.