Kā nākamās paaudzes teleskopi mums palīdzēs medīt eksoplanetas

Pēdējos gados mēs esam atklājuši pārsteidzošu planētu klāstu ārpus mūsu pašu Saules sistēmas. Papildus tiem, kas ir potenciāli apdzīvojama, mēs esam atraduši arī eksoplanētas, kas ir karstāks par zvaigznēm, ir dzelzs lietus un dzeltenas debesis, un tiem ir kokvilnas konfektes blīvums. Bet mēs joprojām esam tik tikko saskrāpējuši to, kas tur ir.

Nākamās paaudzes planētu medību misijas dosies vēl tālāk, identificējot eksoplanētas un nosakot to apdzīvojamību pat tūkstošiem gaismas gadu attālumā. Lai uzzinātu vairāk par to, kā jūs meklējat planētas adatu mūsu galaktikas siena kaudzē, mēs runājām ar trim ekspertiem, kas strādā pie visprogresīvākajiem eksoplanetu projektiem.

Eksoplanetu sprādziens

Pirmās eksoplanētas tika atklātas 1992. gadā, un mazāk nekā trīs gadu desmitu laikā zināmo planētu skaits ārpus mūsu Saules sistēmas ir eksplodējis. NASA aplēses ka zināmo eksoplanetu skaits aptuveni dubultojas ik pēc 27 mēnešiem.

Eksoplanetu atklāšanā tika izmantoti uz zemes izvietoti teleskopi, piemēram, slavenais eksoplanetas 51 Peg b atklājums 1995. gadā, par ko divi Šveices astronomi saņēma Nobela prēmiju. Taču eksoplanetu medības patiešām aktivizējās, parādoties kosmosā bāzētiem planētu medību teleskopiem, piemēram, NASA. Keplers un TESS misijas.

Tagad jaunās NASA un ESA (Eiropas Kosmosa aģentūras) misijas nosaka un pēta tālas eksoplanetas daudz detalizētāk nekā jebkad agrāk.

Eksoplanetu atrašana mūsu galaktikā

PLATO ir ESA nākamās paaudzes planētu medību kosmosa teleskops, un tas pašlaik tiek būvēts ar mērķi palaist 2026. gadā. Misija koncentrēsies uz spožām zvaigznēm, kas atrodas salīdzinoši netālu no mums galaktikā, parasti atrodas 300–1000 gaismas gadu attālumā, aplūkojot katru apgabalu vismaz divus gadus.

Misija meklēs apdzīvojamas pasaules, izmantojot tranzīta metodi, kurā pētnieki mēra tālu zvaigznes spilgtumu. Ja zvaigznes spilgtums ar regulāriem intervāliem samazinās, tas nozīmē, ka starp tām iet planēta mēs un zvaigzne, bloķējot daļu no zvaigznes izdalītās gaismas un izraisot iegrimšanu spilgtumu. Precīza šī krituma mērīšana ļauj tādiem instrumentiem kā PLATO ļoti precīzi aprēķināt planētas izmēru.

Divu gadu novērošanas periods ļauj zinātniekiem meklēt ilgāka laika perioda planētas. Tātad, kamēr tāda misija kā Kepler skatījās uz nelielu debess apgabalu ilgu laiku, bet TESS skatās lieli reģioni debesīm uz īsu laika periodu, PLATO skatīsies gan uz lielu reģionu, gan uz ilgu laiku laiks.

Mums būs nepieciešami instrumenti ar ilgāku novērošanas periodu nekā iepriekšējās misijās, lai pamanītu tādas planētas kā mūsu planētas, intervijā Digital Trends paskaidroja Ana Herasa, PLATO projekta zinātniece. "Mēs vēlamies atklāt Zemei līdzīgas planētas, un tas nozīmē, ja vēlaties redzēt Zemei līdzīgu planētu apdzīvojama zona, tā orbītas periods būs viens gads,” viņa sacīja. "Tāpēc mums ir jānovēro vismaz divus gadus, jo mēs vēlamies redzēt vismaz divus tranzītus."

Pašreizējie modeļi liecina, ka, novērojot divas konkrētas zvaigznes tranzīta, vajadzētu iegūt pietiekami daudz datu, lai noteiktu un zināmā mērā raksturo eksoplanetu, taču pastāv iespēja, ka PLATO var novērot vienu un to pašu apgabalu trīs vai pat četrus gadus, ja nepieciešams.

Papildus šīm Zemei līdzīgajām planētām PLATO aplūkos arī vēsākas sarkanās pundurzvaigznes, kurām varētu būt ap tām riņķojošas apdzīvojamas eksoplanetas. Teleskopa ļoti precīzais fotometrs var arī izmērīt informāciju par novēroto zvaigžņu svārstībām, kas var pastāstīt zinātniekiem par to iekšējo struktūru un vecumu. "Tas mums ļaus fantastiskā veidā uzlabot izpratni par zvaigžņu evolūciju un vispārīgas zināšanas par zvaigžņu fiziku," sacīja Herass.

Viena no aizraujošākajām PLATO iespējām ir tā, ka tā ir tik precīza, ka tā var pat atklāt pavadoņus, kas riņķo ap eksoplanētām, ko sauc par eksomēniem. Pats par sevi saprotams, ka pavadoņi pastāv ārpus mūsu Saules sistēmas, taču pašreizējās metodes vēl nav galīgi apstiprinājušas tāda noteikšanu.

Iespēja, ka PLATONs varētu atrast šādu pavadoni, paver iespēju meklēt dažāda veida apdzīvojamu vidi — ne tikai Zemei līdzīgas planētas, bet arī pavadoņus, kas līdzīgi tiem. Saturna pavadonis Encelads kas ir viena no daudzsološākajām potenciāli apdzīvojamajām vietām ārpus Zemes mūsu Saules sistēmā.

Cik planētu ir mūsu galaktikā?

Līdz šim esam atklājuši aptuveni 4200 eksoplanetu, un praktiski katru mēnesi tiek paziņots par vairāk. Bet joprojām ir atklāts jautājums par to, cik planētu ir mūsu galaktikā. Izmantojot tādas metodes kā tranzīta metode, tiek atklātas tikai noteiktas konfigurācijas planētas, īpaši tās, kas atrodas tuvu orbītas uz savām zvaigznēm — tāpēc mums ir nepieciešams vispārējs galaktikas priekšstats, lai iegūtu labāku priekšstatu par to, cik planētu tur atrodas Kopā.

Tas ir tas, ko NASA gaida Nensijas Greisas romiešu kosmiskais teleskops, vai vienkārši romiešu, mērķis ir atklāt. Teleskops pašlaik tiek būvēts, un, tiklīdz tas tiks palaists 2025. gada beigās vai 2026. gada sākumā, tas sāks nakts debesu aptauju, ko sauc par Romas galaktikas eksoplanetu aptauju (RGES).

Šīs aptaujas mērķis nav atklāt vai izpētīt eksoplanētas per se, bet gan iegūt a liels attēls par to, cik zvaigžņu mūsu galaktikā ir planētu sistēmas un kā šīs sistēmas ir izplatīts.

Planētu noteikšana, saliekot gaismu

Lai veiktu debesu aptauju, Romāns izmantos paņēmienu, ko sauc par mikrolēcu, kas var izdalīt eksoplanētas, bet galvenokārt stāsta zinātniekiem par zvaigznēm, ap kurām planētas riņķo.

"Mikrolensēšana ir unikāla daudzos veidos," intervijā Digital Trends pastāstīja RGES galvenais pētnieks Skots Gaudi. Tas ir balstīts uz procesu, ko sauc par gravitācijas lēcu, ko izmanto zvaigžņu noteikšanai. "Tas darbojas, ja pietiekami ilgi skatāties uz zvaigzni (apmēram 500 000 gadu), tad nejauši parādīsies cita priekšplāna zvaigzne. peldiet pietiekami tuvu redzes līnijai šai fona zvaigznei, lai sadalītu šīs fona zvaigznes gaismu divos attēlos," viņš paskaidroja.

"Fona avota zvaigzne tiek izgaismota, kad priekšplāna zvaigzne nāk tai priekšā, jo priekšplāna zvaigznes gravitācija saliek gaismas starus, kas būtu pazuduši no redzes līnijas." Tas nozīmē, ka, ja zinātnieki novēro, ka fona zvaigzne kļūst gaišāka un pēc tam kļūst vājāka, viņi var secināt, ka starp to un mums.

Šo paņēmienu var vēl vairāk uzlabot, lai atklātu eksoplanetas. "Ja šai priekšplāna zvaigznei ir planēta, tad šai planētai ir masa, kas nozīmē, ka tā var gravitācijas objektīvu uztvert arī šo zvaigzni," sacīja Gaudi. "Tātad, ja viens no šiem diviem šīs fona zvaigznes attēliem, ko radījusi priekšplāna saimniekzvaigzne, paies tuvu planētai, tas izraisīs īsu papildu izgaismošana vai aptumšošana, kas ilgst no dažām stundām Zemes masas planētas gadījumā līdz dažām dienām Jupitera masas gadījumā planēta."

Problēma ir tā, ka šie notikumi, kuros planētas un zvaigznes sarindojas tieši tā, ir reti un neparedzami. Tātad, lai tos notvertu, astronomiem ir jānovēro milzīgs skaits zvaigžņu. "Jūs saņemat vienu objektīva notikumu uz zvaigzni 500 000 gadu laikā, tāpēc tas ir ilgs laiks, kas jāgaida," sacīja Gaudi. "Tā vietā mēs uzraugām aptuveni 100 miljonus zvaigžņu galaktikas izliekumā [blīvi iesaiņots zvaigžņu apgabals mūsu galaktikas vidū], un jebkurā laikā daudzi tūkstoši tiek objektīvi."

Roman būs īpaši piemērots šāda veida izmeklēšanai, jo tam ir ļoti liels redzes lauks, kas ļauj novērot lielu galaktikas izliekuma daļu. Tas var arī uzraudzīt šos miljonus zvaigžņu 15 minūšu laikā, ļaujot pētniekiem iemūžināt šos objektīva notikumus, kad tie notiek.

Papildu misijas

Primārie dati, kas mums līdz šim ir par to, cik eksoplanetu varētu pastāvēt mūsu galaktikā, ir iegūti no Keplera kosmiskā teleskopa, kas vairs nav pieejams. kas apsekoja debesis no 2009. līdz 2018. gadam, izmērot aptuveni 150 000 zvaigžņu spilgtumu, lai meklētu eksoplanetas, izmantojot tranzītu. metodi.

Šī misija šodien radīja pamatu eksoplanetu izpētei. Tomēr Keplera izmantotās metodes dēļ joprojām ir daudz eksoplanetu, kuras tas varētu būt palaidis garām. Romiešu projekta mērķis ir paplašināt un papildināt šo darbu, izmantojot citu metodi.

"RGES aptauja ir svarīga, jo tā papildinās Kepleru," skaidroja Gaudi. "Mikrolēcu metode ir ļoti jutīga pret planētām, kas atrodas tālāk, tāpēc planētām, kuru orbītas ir aptuveni lielākas par planētām. Zeme.” Ja šo metodi izmantotu tālu citplanētieši, lai novērotu, piemēram, mūsu Saules sistēmu, tā spētu atklāt visas planētas, izņemot Merkurs.

"Kamēr Keplers bija tikai tikko jutīgs pret planētām ar Zemes masu. Tāpēc mums patiešām ir jāveic RGES apsekojums, lai veiktu šo galaktikas eksoplanetu statistisko skaitīšanu, ”sacīja Gaudi.

Mikrolēcas arī nav atkarīgas no spilgtās gaismas no novērotajām zvaigznēm, tāpēc tas ļauj zinātniekiem novērot sistēmas, kas atrodas gan tuvu mums, gan tik tālu kā galaktikas centrs. Romāns ļaus pētniekiem iegūt statistisku izpratni par to, kā planētu sistēmas ir sadalītas visā mūsu galaktikā Gaudi teica: "Tātad mēs faktiski varam noteikt eksoplanētu sistēmu galaktisko sadalījumu, kas būtībā nav iespējams ar citām tehnika."

Eksoplanetu raksturojums, izmantojot tranzītus

PLATO un Romas teleskopi būs nenovērtējami, lai atklātu jaunas eksoplanetas un novērtētu, cik eksoplanētu kopumā pastāv mūsu galaktikā. Bet, tiklīdz mēs zinām, cik planētu ir un kur tās atrodas, mums ir nepieciešami jauni rīki, lai uzzinātu vairāk par šīm planētām — izpētītu tādas īpašības kā to masa, izmērs un vecums. Šī informācija var palīdzēt mums redzēt, kāda veida planētas tur atrodas, neatkarīgi no tā, vai tās ir gāzes giganti, piemēram, Jupiters vai Saturns, vai akmeņainas pasaules, piemēram, Zeme un Marss.

ESA nesen sāka darbību jauns kosmosa teleskops ar nosaukumu CHEOPS (Characterising ExOPlanets Satellite), kas pēta eksoplanētas no orbītas. CHEOPS projekts, iespējams, tā darbības laikā atradīs dažas jaunas eksoplanetas, taču tā galvenais mērķis ir sīkāk izpētīt citos apsekojumos atrastās eksoplanētas, izmantojot tranzīta metodi.

"Mēs būtībā esam turpinājuma misija," intervijā Digital Trends paskaidroja Keita Īzaka, projekta CHEOPS zinātniece. "Mēs sekojam līdzi, lai cita starpā atrastu zināmo eksoplanetu izmērus."

Tas nozīmē, ka šī projekta zinātniekiem ir priekšrocības savos novērojumos, jo viņiem jau ir vajadzīgā informācija par to, kad notiks tranzīts. Viņi var norādīt instrumentu uz mērķa planētu tieši īstajā brīdī, kad tā pārvietojas, lai iegūtu informāciju par to.

CHEOPS tika uzsākts tikai pirms dažiem mēnešiem, taču tas jau ir atklājis jaunu informāciju par planēta KELT-11 b, atklājot, ka šai savdabīgajai planētai ir tik zems blīvums, ka tā "peldētu pa ūdeni pietiekami lielā peldbaseinā", teikts pētnieku paziņojumā.

Meklē Zemi 2

Eksoplanetu noteikšana un izpēte ir ne tikai dīvainu pasauļu atrašana KELT-9 b vai AU Mic b tomēr. Tas attiecas arī uz lielākajiem jautājumiem: vai dzīvība pastāv ārpus Zemes. Šobrīd astronomu veiktais darbs sāk pētīt jautājumus ne tikai par to, kur atrodas planētas, bet arī par to, vai tās varētu būt apdzīvojamas. Galu galā tie varētu palīdzēt noteikt, vai šīs tālās planētas patiešām uzņem dzīvību.

"Viens no eksoplanetu zinātnes svētajiem grāļiem meklē dzīvību," sacīja Īzaks. “Viena no lietām, ko cilvēki meklē, ir Zemei līdzīga planēta. Varētu teikt, Zeme 2. Tas ietver akmeņainas planētas meklēšanu zvaigznes apdzīvojamajā zonā — tādā attālumā no zvaigznes, kādā uz planētas virsmas var pastāvēt šķidrs ūdens. Nākotnes misijas, piemēram, gaidāmais Džeimsa Veba kosmiskais teleskops, pat varēs izpētīt, vai tālām eksoplanētām ir atmosfēra.

Herass, PLATO projekta zinātnieks, piekrita apdzīvojamības meklēšanas nozīmīgumam. "Iespējamu apdzīvojamu eksoplanetu izpēte patiešām ir nākamais solis, lai saprastu ne tikai to, kā planētas attīstās, bet arī varbūt, kā parādījās dzīvība," viņa teica. "Pēc visa, ko esam uzzinājuši par eksoplanētām, nākamais solis būs uzzināt vairāk par dzīves attīstību un to, kā dzīve sākās."

Ir arī liels atklāts jautājums par to, vai ir citas saules sistēmas, kas līdzīgas mūsu pašu. "Mēs arī vēlētos uzzināt, cik unikāla ir mūsu planēta," sacīja Herass. Viņa paskaidroja, ka pat ar tūkstošiem atklāto eksoplanetu ļoti maz no tām atrodas to zvaigžņu apdzīvojamajā zonā. "Tātad mēs ar savām zināšanām vēl īsti nezinām, cik unikāla ir mūsu Saules sistēma un cik unikāla ir Zeme."

Galīgais jautājums

Šī saikne starp eksoplanetu atklāšanu un dzīvības meklējumiem veicina gan zinātniekus, kas strādā pie šiem projektiem, gan sabiedrības apetīti mācīties par tālām pasaulēm. Nav iespējams dzirdēt par dīvainām eksoplanētām un neiedomāties, kā būtu dzīvot šajās dīvainajās vietās.

"Eksoplanetas ir aizraujošas, ja nekas cits, jo tās ir viegli saprotamas," sacīja Īzaks. "Mēs dzīvojam uz planētas. Jautājums par to, vai mēs esam vieni, ir dziļš — filozofiski, fiziski, psiholoģiski — tas ir aizraujošs jautājums, un mēs to varam viegli saprast. Eksoplanetu meklēšana un pētīšana ir solis ceļā uz jautājumu, vai mēs esam vieni... Ar CHEOPS mēs neatradīsim dzīvību. Mēs nepabeigsim misiju, sakot, ka uz planētas X esam atklājuši mazus zaļus cilvēciņus. Bet tas, ko mēs darīsim, ir dot ieguldījumu procesā, ar kuru jūs to varētu paveikt ilgtermiņā.

Pat ja dzīves meklējumos nekas neizdodas, tas tik un tā būtu pamatīgs atklājums. Un paši meklējumi var rosināt zinātnisku izpēti un dziļas pārdomas par mūsu vietu Visumā.

"Es domāju, ka mēs visi meklējam jēgu," sacīja Gaudi. "Ja mums kaut kādā veidā varētu būt priekšstats par to, vai dzīvība, pat vienkārša dzīvība, radās uz citas planētas neatkarīgi no dzīvības uz Zemes, vai, ja nē, un mēs esam kosmiski vientuļi — vai nu tas ļoti būtiski ietekmētu mūsu uzskatus par sevi un mūsu vietu pasaulē. Visums. Tā ir šī nozīme, kas mani personīgi mudina pētīt apdzīvojamības un, iespējams, dzīvības meklējumus.