|
Поиск экзопланет в обитаемых зонах их звезд
|
|
|
|
Наука об экзопланетах переходит от поиска любых доступных для обнаружения экзопланет к поиску тех, которые находятся в обитаемых зонах их звезд. Предлагаемая НАСА обсерватория обитаемого мира и другие подобные проекты сосредоточены на этих мирах. Проблема в том, что обитаемые зоны не являются статичными.
|
|
|
|
Обитаемые зоны (ГЦ) не являются статичными, потому что звезды не являются статичными. По мере старения и эволюции их яркость и температура меняются. Обитаемые планеты на границе ГЦ могут оказаться непригодными для жизни. И наоборот, непригодные для жизни планеты могут оказаться внутри ГЦ.
|
|
|
|
Новое исследование указывает на то, что для разумного использования наших наблюдательных ресурсов, чтобы они оказывали наибольшее влияние, нам следует искать планеты, которые находятся в непрерывной обитаемой зоне (CHZ) своих звезд. CHZ отражает то, что мы знаем о жизни на Земле. Для насыщения атмосферы Земли кислородом в процессе фотосинтеза потребовалось около 2 миллиардов лет, поэтому исследователи говорят, что нам следует сосредоточиться на экзопланетах, находящихся в зоне постоянной обитаемости (CHZ2) протяженностью 2 млрд. лет. Атмосферы этих планет с большей вероятностью проявляют признаки жизни.
|
|
|
|
Исследование называется "Показатель непрерывной обитаемой зоны для определения приоритетности целей обсерватории обитаемых миров" и было опубликовано в журнале Astrophysical Journal. Авторы - Остин Уэр и Патрик Янг из Школы исследований Земли и космоса Университета штата Аризона. В настоящее время исследовательская статья доступна на сервере препринтов arXiv.
|
|
|
|
|
|
|
Вся эта работа направлена на определение приоритетности целей наблюдения, и начинается она с понимания того, как идентифицировать зоны повышенной опасности. "Одним из методов определения приоритетов является оценка вероятности того, что экзопланета постоянно оставалась в пределах ГЦ достаточно долго для того, чтобы возникла жизнь и оказала заметное воздействие на атмосферу", - пишут авторы.
|
|
|
|
Наше солнце - хороший пример того, как зона, пригодная для жизни, может изменяться в процессе эволюции звезды. Когда звезда была молодой, ее яркость составляла всего около 70% от сегодняшней. "Парадокс слабого молодого солнца" гласит, что, несмотря на свою слабость, солнце все еще обладало достаточным количеством энергии для поддержания жидкой воды на поверхности Земли. Атмосфера Земли, вероятно, была богаче парниковыми газами, что позволяло нашей планете удерживать больше тепла.
|
|
|
|
В те времена Герц находился ближе к Солнцу, и Венера, возможно, была совсем другим миром, с приемлемыми температурами и жидкой водой.
|
|
|
|
С тех пор солнце эволюционировало, и теперь оно намного ярче. Астрофизики считают, что солнце становится примерно на 1% ярче каждые 100 миллионов лет или около того. Таким образом, частота вращения постепенно смещается в сторону увеличения. В настоящее время Венера страдает от безудержного парникового эффекта, и ее поверхность совершенно непригодна для жизни.
|
|
|
|
Со временем солнце будет продолжать светить ярче, выталкивая солнечные лучи наружу. Однажды на Марсе может снова стать тепло.
|
|
|
|
Примерно через 4 миллиарда лет Солнце кардинально изменится. Оно вступит в фазу красного гиганта, увеличится в размерах и станет значительно ярче. Внутренние планеты закроются, и HZ резко сместится наружу. Юпитер, Сатурн и их океанические спутники могут оказаться в зоне HZ.
|
|
|
|
Наше солнце не является чем-то исключительным. Это стандартная звезда главной последовательности. Этапы ее жизни наглядно демонстрируют, что HZ не является статичной звездой. По мнению авторов, это движущаяся цель. Не только потому, что меняется звезда, но и потому, что земные экзопланеты тоже меняются со временем, и при поиске пригодных для жизни планет следует учитывать это.
|
|
|
|
"Мы используем байесовский метод для расчета вероятности того, что данный радиус орбиты вокруг звезды в настоящее время находится в зоне постоянной обитаемости (CHZ) в 2 млрд. лет - приблизительное время, которое потребовалось жизни на Земле для значительного насыщения атмосферы кислородом", - пишут авторы.
|
|
|
|
Обсерватория обитаемых миров - это пока только концепция, но ученые уже составили список целей для миссии. Она называется "Звездный список миссии по исследованию экзопланет" (EMSL), и в нее включены 164 звезды. Это солнцеподобные звезды с HZS, которые доступны для получения прямых изображений, таких как HWO. Команда применила свой байесовский метод ко всем этим звездам и разработала показатель, позволяющий определить, какие из них имеют CHZ2.
|
|
|
|
Как и ожидалось, показатели соответствуют тенденции, связанной с возрастом звезды и спектральным типом. У старых звезд CHZ2 имеет более низкие показатели. На более поздней главной последовательности их CHZ2 уменьшается, поскольку их светимость меняется быстрее. "Это приводит к смещению показателя CHZ2 в сторону более низких значений в более старшем возрасте", - объясняют исследователи.
|
|
|
|
Исследователи обнаружили, что "...звезды, которые немного моложе и массивнее Солнца, с наибольшей вероятностью могут иметь самые широкие зоны постоянной обитаемости".
|
|
|
|
Ранние F-карлики находятся на противоположном конце этой шкалы. Поздние F- и G-карлики находятся в выигрышной позиции и имеют длительное время жизни на главной последовательности и большие HZS. Они доминируют в самых высоких показателях CHZ2.
|
|
|
|
Однако дело не только в звездах. Обитаемые зоны - это партнерские отношения между звездами и планетами. Такие факторы, как геологическая активность и выделение CO2 на планетах земной группы, также меняются с течением времени. "Это приводит к тому, что планеты становятся геологически мертвыми в течение 5-7 млрд. лет для планет массой от 0,5 до 1 массы Земли, после чего планеты полагаются исключительно на светимость своей звезды–хозяина для поддержания пригодной для жизни температуры поверхности", - объясняют авторы.
|
|
|
|
Исследователи считают, что средний возраст пригодных для жизни планет меньше, чем у Земли. Только суперземли могут сохранять пригодность для жизни дольше.
|
|
|
|
В своем заключении исследователи напоминают нам о том, что большинству из нас уже известно. Поиск экзопланет земного типа, вращающихся вокруг звезд, подобных нашему Солнцу, и последующее исследование их атмосфер на наличие биосигналов с помощью прямых изображений - чрезвычайно сложная задача. Несмотря на растущее технологическое мастерство, природа не так-то легко раскрывает свои секреты. Тем не менее, это по-прежнему лучший способ понять, насколько распространена жизнь в Млечном Пути.
|
|
|
|
Если мы будем основывать наши усилия на том, что мы знаем о жизни на Земле и о том, сколько времени потребовалось жизни, чтобы изменить атмосферу, мы могли бы сделать эту трудную задачу немного менее сложной.
|
|
|
|
"Учитывая потенциальное воздействие жизни на атмосферу, можно определить приоритетность целей в преддверии будущих миссий", - пишут исследователи.
|
|
|
|
Источник
|
