Как ученые “охотятся” за планетами земного типа в системе Альфа Центавра
В скором будущем астрономы попытаются узнать, есть ли в ближайшей к нам звездной системе планеты, пригодные для жизни. Помогут им в этом новые технологии. Разбираемся, какие.
К большому сожалению, в каталоге отсутствуют планеты земного типа из нашей соседки — звездной системы Альфа Центавра (за исключением “суперземли” Proxima Centauri b), и не из-за того, что астрономы не захотели включать в список эти тела, а потому что эта система весьма специфична для поиска (об этом чуть ниже). Землеподобные миры в Альфа Центавра остаются для ученых “белыми пятнами”, но технологии совершенствуются, и совсем скоро эти “белые пятна” превратятся в видимые для телескопов крупные точки, удобные для наблюдений.
“Многие ученые заинтересованы в поиске пригодных для жизни экзопланет системы Альфа Центавра. С каждым годом этот интерес возрастает”, — говорит астрофизик Руслан Беликов из Исследовательского центра Эймса NASA
В последние несколько недель команда Беликова и группа, возглавляемая астрономом Маркусом Каспером, сотрудником Европейской южной обсерватории, пытались найти следы землеподобных миров в системе Альфа Центавра с помощью гигантских телескопов в Чили. Обнаружить планеты им не удалось. Сейчас исследователи готовятся к очередному “штурму”, они попробуют наблюдать за экзопланетами посредством технологии Project 1640 — объединением высокоточных приборов и программного обеспечения, которые как бы “ накладывают” на звезды “темные пятна”, позволяющие засечь потенциальную планету.
Если и эти усилия окажутся напрасными, инженеры команд приступят к разработке специальных недорогих спутников-телескопов, призванных расширить поле наблюдения за космическими телами в Альфа Центавра. Аппараты будут оборудованы специальной установкой, которая позволит смягчать интенсивность свечения звезд, мешающее земным приборам разглядеть в космосе небольшие тела, наподобие планет земного типа. Ученые надеются, что их разработку профинансирует NASA, но в случае отказа агентства, у Беликова и Каспера есть запасной план: они обратятся к двум частным проектам — фонду российского миллиардера Юрия Мильнера Breakthrough Initiatives, и “народной” краудфандинговой программе Project Blue, последний проект серьезно настроен на исследование пригодных для колонизации планет в Альфа Центавра.
“Безусловно, мы будем рисковать, потому что точно не знаем, увидим мы там землеподобные миры или нет. На мой взгляд, ценность и значимость для науки снимка Земли 2.0 стоит того чтобы попытать счастье”, — говорит Беликов
ПРАКТИЧЕСКИ БЛИЗНЕЦЫ
Альфа Центавра расположена в 4,37 световых лет от нас и давно привлекает внимание ученых. Во-первых, она находится достаточно близко от Земли, что позволяет, хотя бы даже гипотетически, в будущем отправить туда колонистов. Во-вторых, условия в этой системе очень подходящие для того, чтобы там могли существовать землеподобные планеты. В Альфа Центавра есть три звезды, две из которых — Центавра А и Центавра В, напоминают Солнце.
Первое светило практически близнец нашей звезды (имеет приблизительно схожий состав, размер, светимость и температуру). Второе немного меньше и холоднее. Центавра А и Центавра В старше Солнца, по разным оценкам, на 1-1,5 миллиарда лет, это значит, что если на планетах вокруг этих светил возникла жизнь, то она могла давно эволюционировать.
Третья звезда системы — Проксима Центавра, представляет собой тусклый красный карлик. В 2016 году у этого светила была открыта экзопланета Проксима Центавра b — “суперземля” (класс планет, масса которых больше Земли, но меньше газовых гигантов), находящаяся в так называемой “зоне обитаемости” — области, где планета получает от своей звезды такое количества тепла, что вода на ее поверхности не превращается в лед, а существует в жидком состоянии. Пока ученые мало что знают об этом теле, непонятно, является Проксима Центавра b скалистым миром или нет, имеет ли она подходящую для жизни атмосферу.
Несмотря на благоприятные условия в системе Альфа Центавра, при которых возможно существование землеподобных миров, исследовать ее достаточно трудно. Один из наиболее успешных способов поиска экзопланет — метод доплеровской спектроскопии, или метод лучевых скоростей*, который используется для поиска экзопланет больших масс, расположенных относительно близко от нас. Этот метод основан на движении светила под действием вращающейся вокруг него планеты (измерении лучевой скорости) и заключается в проведении спектрального анализа излучаемого света (в конце статьи вы можете подробно почитать об этом методе).
Для планетарной системы доплеровский способ обнаружения землеподобных миров подходит хорошо, а вот когда речь идет о звездной системе, например, такой как Альфа Центавра, он становится практически бесполезным. Дело в том, что на ночном небе звезды Альфа Центавра А и Альфа Центавра В видны практически как одно светило, то есть их свет смешивается и скрывает колебания звезды.
Астроном Лили Чжао, молодой “охотник” за экзопланетами из Йельского университета, подвела итоги десятилетних измерений лучевых скоростей звезд, выполненных разными учеными, и пришла к выводу, что у Альфы Центавра А нет планет, массой больше 50 масс Земли, а у Альфы Центавра В нет планет, массой больше 8 масс Земли.
Из-за близости звезд А и B, а их разделяет расстояние чуть больше 20 расстояний от Земли до Солнца, планеты там должны существовать практически “под боком” у каждого светила, то есть, как считают ученые, находиться не более чем в 2.5 раза дальше, чем Земля от Солнца.
Любые гиганты массой с Юпитер, которые вращаются по орбитам в этих “тесных областях” вокруг солнцеподобных звезд, своей гравитацией должны были бы уже давно уничтожить все меньшие миры земного типа, лежащие в “зоне обитаемости”. Но на сегодняшний день ни одно наблюдение не показало каких-либо признаков газовых гигантов в системе Альфа Центавра.
“Мы знаем, что там нет больших планет, которые могли бы вытеснить миры из так называемой зоны жизни”, — говорит Беликов. Однако ученого все же беспокоит возможное существование в системе субнептунов — тел, размеры которых находятся в промежутке между Нептуном и Землей. “Эти планеты могут обладать достаточной массой, чтобы подпортить нам картину и исключить существование Земли 2.0”
Что же касается самих землеподобных миров, то их наличие в этой звездной системе пока остается загадкой. Предпринятые ранее попытки найти эти тела не увенчались успехом. В 2012 году несколько астрономов из Женевской обсерватории опубликовали статью, в которой сообщали, что им удалось обнаружить потенциально пригодный для жизни мир вблизи звезды Альфа Центавра B, но позже факт существования этой планеты был опровергнут независимым исследованием.
Чжао считает, что следующие попытки поиска пригодных для жизни планет вокруг звезд в системе Альфы Центавра принесут куда больше пользы. С одной стороны, расстояние между звездами A и B увеличивается, и к 2020 году будет достаточным, чтобы новые мощные телескопы могли наблюдать за каждой звездой в отдельности. С другой стороны, старые спектрографы, по типу HARPS, который использовали астрономы из Женевской обсерватории в 2012 году, уходят в прошлое, и им на смену приходят новые инструменты, более чувствительные к колебаниям звезды.
В настоящий момент Чжао заканчивает работу над созданием спектрографа высокого разрешения Extreme Precision Spectrometer (EXPRES), который в ближайшее время установят в обсерватории Лоуэлла в Аризоне на телескоп Discovery. Подобный прибор под названием ESPRESSO в прошлом году был установлен на Очень Большой Телескоп (VLT) в Чили. Два этих спектрографа могут регистрировать “раскачивания” звезды 10 сантиметров в секунду, это в 10 раз точнее, чем у их предшественников, то есть регистрация проходит на уровне, необходимом, чтобы уловить “рывок”, вызванный планетой, сопоставимой с массой Земли (или чуть больше), вращающейся вокруг любой из звезд Альфа Центавра.
МАЯКИ И СВЕТЛЯЧКИ
Если регистрация “раскачивания” звезды посредством новых спектрографов окажется успешной, и ученые найдут пригодный для жизни мир, знания о нем ограничатся лишь его массой, периодом вращения вокруг своей звезды, радиусом. О каких-либо его физических свойствах мы вряд ли узнаем. Единственный способ полностью изучить новый мир — это прямое наблюдение за ним.
Все исследователи Альфа Центавра сосредоточены не только на том, чтобы найти землеподобную планету, но и чтобы запечатлеть ее. Получение прямых изображений таких планет — очень сложная задача, так как отраженный ими свет родительских звезд в миллиарды раз слабее, чем свет, идущий к нам от самих этих светил. Пока еще у ученых не получалось получить снимок землеподобной планеты, вращающейся вокруг одной из двух солнцеподобных звезд, но попытки предпринимались и не раз.
“Увидеть экзопланету рядом с яркой звездой — все равно что пытаться разглядеть светлячка рядом с маяком в нескольких сотнях километров”, — говорит Франк Маркис из Института SETI, руководитель научных работ в Project Blue. — “В случае с Альфа Центавра мы имеем два маяка, поэтому наблюдать становится еще сложнее”
Руслан Беликов и его коллеги предприняли ряд попыток, чтобы зафиксировать следы землеподобных планет в Альфа Центавра. Исследования велись при помощи высококонтрастной камеры Gemini Planet Imager, установленной на телескопе Gemini South Telescope в обсерватории Джемини в Чили. Первая попытка была в прошлом году, хотя астрофизик ничего не обнаружил, он говорит, что и это успех, хоть и маленький, так как признаков, указывающих на существование планет массой с Нептун, в системе Альфа Центавра пока нет. Вторая попытка была предпринята этим летом, но наблюдениям помешали погодные условия, и теперь Беликов отложил исследования до следующей весны.
Беликов не единственный специалист, пытающийся обнаружить следы экзопланет в Альфа Центавра. Его коллега Маркус Каспер ведет подобные поиски. Для наблюдений Каспер использует спектрометр Очень Большого Телескопа и тепловизор для средневолнового инфракрасного диапазона VISIR (после обновления получил название NEAR). Этот инструмент проектировался специально для “охоты” на экзопланеты в системе Альфа Центавра, он может создавать «искусственное затмение», блокируя большую часть света от ближайших звезд, и ловить инфракрасное излучение, исходящее от теплой поверхности планеты.
Во время первого наблюдения на NEAR в конце мая и начале июня команде Каспера, как и группе Беликова, мешала плохая погода. Тем не менее, исследование удалось провести (длилось 100 часов) и собрать 6 терабайт данных, на момент написания статьи они пока не обработаны.
“Наш прибор чувствителен к экзопланетам, радиус которых в два с лишним раза больше радиуса Земли”, — говорит Каспер. — “Первые результаты исследования мы планируем опубликовать в октябре”
Если результаты окажутся значимыми, Каспер проведет еще одно исследование в марте 2020 года.
ОЖИДАТЬ ЛИ НАМ ПРОРЫВА
Минимальный размер планеты, который может зарегистрировать NEAR в системе Альфа Центавра — это тело вдвое больше Земли, к слову, такой объект вполне может иметь плотную ядовитую атмосферу, неприемлемую для жизни.
“Инструментов, способных найти аналог Земли, я имею ввиду идентичный по размерам, по сути, у нас пока нет, но технологии совершенствуются, и скоро мы будем смотреть на эти миры через более мощные приборы”, — говорит Оливье Гийон, астроном из Аризонского университета и ведущий ученый программы Breakthrough Watch, спонсируемой российским миллиардером Юрием Мильнером
Одним из способов поиска землеподобных планет в ближайшей к нам звездной системе может стать запуск специальных зондов. Нечто подобное предлагал Беликов пару лет назад. Он выдвигал концепцию Alpha Centauri Exoplanet Satellite (ACESat), предполагающую создание аппарата-телескопа массой 45 кг и с диаметром зеркала 30-45 см. Помимо телескопа на станции должен быть установлен коронограф — специальный блокировщик, смягчающий свечение Альфа Центавра А и Альфа Центавра В.
В 2014 году NASA выделило некоторое количество средств на реализацию ACESat, но статус миссии ему не присвоило. “Технология тогда еще не была зрелой, но сейчас я ее усовершенствовал”, — объясняет Беликов. Астрофизик обратился в NASA с новой концепцией Alpha Centauri Direct Imager (ACEND) и пока ждет ответа. Параллельно Беликов работает над аналогичным проектом вместе с инженерами из Project Blue — командой, которая собирает пожертвования от всех желающих на создание орбитального телескопа.
Спутник, который создает Project Blue, будет стоить около $50 млн. По меркам профильной индустрии, это не так уж много, однако собрать такие средства для “народной миссии” очень не просто. Первоначально Project Blue планировали запустить свой телескоп в 2021 году, но дату старта, похоже, придется перенести.
“Я не думаю, что при нынешнем состоянии финансирования мы уложимся в срок”, — объясняет Маркис. — “Нам нужна поддержка со стороны богатого человека или даже группы людей, чтобы улучшить технологию и наконец-то приступить к созданию инструмента”
Другой подобный проект по поиску землеподобных планет в Альфа Центавра — Breakthrough Watch, также работает над созданием телескопа с коронографом, похожего на ACESat, эту миссию финансирует российский миллиардер Юрий Мильнер.
Наблюдением за системой Альфа Центавра будет заниматься и небольшой космический телескоп TOLIBOY (после него в космос отправят телескопа TOLIMAN), который будет искать экзопланеты, используя астрометрию. Запуск запланирован на 2021 год.
Сейчас Беликов работает над внедрением прибора ACESat в широкодиапазонный инфракрасный телескоп Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST), который должен отправиться в космос в 2020-х годах. Его коллега Каспер трудится над созданием технологии, похожей на ту, что использовалась в NEAR, чтобы потом применить ее к новому спектрографу METIS (Mid-Infrared ELT Imager and Spectrograph). Этот инструмент будет стоять на Чрезвычайно большом телескопе, строящемся в Чили.
При помощи новых приборов ученые надеются заполнить пробелы в исследовании системы Альфа Центавра. “Все те данные, которые у нас есть, указывают на наличие землеподобных миров, вращающихся вокруг двух звезд, похожих на Солнце. Мы должны проверить всю эту информацию”, — объясняет Беликов.
Ученый говорит, что если в Альфа Центавра не окажется планет, похожих на нашу, это будет означать, что такие тела в космосе встречаются не так часто, как предполагают специалисты. Возможно, двойные и тройные звездные системы, которые очень распространены во Вселенной, не являются местом, где может развиться и поддерживаться жизнь. “Наша родная планета может оказаться случайным и редким островком во враждебном космосе”, — заключает Беликов.
“Если мы все же обнаружим Землю 2.0 с континентами и океанами, это будет потенциально обитаемый мир, расположенный с нами по соседству”, — говорит Маркис. — “Открытие второй Земли означало бы, что их в нашей Галактике огромное количество. Лично я считаю, что поиск землеподобных миров станет самым важным направлением в астрономии в следующем столетии”.
Друзья, у нас есть Telegram канал, там мы публикуем новости и лонгриды на темы космоса, истории и т.д. Публикуем не часто, но они есть. Будем рады, если вы нас поддержите)) Спасибо!
Данный материал является переводом статьи “The Hunt Is On for Alpha Centauri’s Planets”, опубликованной в Scientific American 5 августа 2019 года.
*Звезды, которые находятся от нас на больших расстояниях имеют очень маленький видимый диаметр и на ночном небе выглядят точками. А теперь представьте, как сложно увидеть рядом с такой точкой другую точку, которая будет в десятки раз меньше в диаметре (так выглядят планеты в сравнении со звездами). Здесь на помощь астрономам приходит метод лучевых скоростей, основанный на эффекте Доплера — изменении длины волны излучения вследствии движения звезды относительно наблюдателя. Например, если объект движется от нас, то длина волны излучаемого им света начнет увеличиваться и смещаться к красной области спектра (волна красного цвета самая длинная), если приближается к нам — длина волны начнет уменьшаться и смещаться к синей области спектра (ближе к фиолетовому цвету — самой короткой волне). Когда ученые наблюдают с Земли за далекой звездой через спектрограф, прибор регистрирует электромагнитные волны, излучаемые ею, и раскладывает их в цветовой спектр. Но когда излучение проходит через более холодные слои атмосферы звезды, оно поглощается, и в спектре появляются черные полосы, или линии Фраунгофера, которые соответствуют химическим элементам, находящимся в атмосфере звезды.
Если у светила есть своя планетная система — то оно вместе с ней будет вращаться вокруг общего центра масс. Планета как бы «раскачивает» звезду, светило начинает двигаться по своей собственной небольшой орбите в ответ на притяжение планеты (чем больше масса тела, тем сильнее оно будет “раскачивать” звезду, если масса объекта маленькая, то “раскачивания” могут быть всего десятки метров в секунду). Если смотреть через спектрограф на подобную систему, то можно увидеть, как линии Фраунгофера станут смещаться. Когда звезда приближается к нам, то, по эффекту Доплера, линии будут смещаться в синюю часть спектра, если удаляется — то сместятся в красную часть. Именно смещение спектральных линий звезды даст понять, что она вращается вокруг какого-то общего центра масс, а значит, рядом с ней находится еще как минимум одно небесное тело.
Одним из главных недостатков этого метода является то, что он не подходит для звезд с пятнами. На поверхности светила могут возникать пятна, которые вызывают изменения в профиле линии поглощения, из-за этого может показаться, что звезда движется к нам или от нас. Это “движение” исследователям ошибочно могут принять за наличие экзопланет.
Я прочитал ответ Ави злопыхателям полностью, но не считаю его сколько-нибудь серьезным. > А уж давать в…
> В чистом виде argumentum ad hominem. Как я понял, Вы прочитали только последнюю строчку. 36 строк…
сподіваюсь на Веббі немає такої проблеми
Дополнение: Заявка была по упрощенным правилам, без изучения вопросов интерференции, отказ получили через год. Можно только вообразить…
Спейсам придется поумерить свой аппетит, т.к. FCC отклонила их заявку на дополнительный спектр для мобильных приложений для…
Так же не обойдется без AI 5g expertise
“Це ж вже було»
Здається, я знаю чим можна вальнути по москві
Фанат Хайнлайна во мне конечно хочет чтобы это сработало. Но унылый взрослый во мне напоминает, что вся…
Думаю склон найти не проблема, гор хватает, главное чтоб сама установка дала положительный результат. Есть целые ровные…
Вот так и надо "сохранять рабочие места", будь то руководитель, инженер, или крутильщик гаек. А то взяли…
осталось найти пологий склон высотой в 5 км
>На мой взгляд, многовато зрады у него последнее время. Не уверен, что её разглядел. Алярмирует - да.…
>Это что за характер такой? Наезды на разные группы людей. А наезд - это возмущение тем, что…
>Он 2-й год говорит – давите Байдена, чтобы дал оружие, делайте своё. Да я ж не спорю,…
>Ну так… удаляют видосы подобного характера. Да ладно. :-) Это что за характер такой? Не удалили же.…
>Возможно выделяемая при распаде энергия, которую уносят альфа-частицы дает дополнительный разогрев? Я так понимаю, что это ионный…
>Чет я так и не понял, они реально таки обуздали термоядерный синтез(ТЯС) Там немного не тот синтез,…
подивився спочатку версію від Нетфлікс, книжку пробував читати але не пішла, мій баг, не зміг продертися крізь…
Это точно. У IM, похоже, дела получше, они недавно хвалились финансовыми перспективами.
В графике стоит на этот год, но я уже давно для себя поставил - минимум 1-й квартал…
У Астроботиков в гнезде жужжание, это все неспроста, наверняка перенесут VIPER на более поздний срок. Расследование Peregrine…
Ну значит слушайте... :) Логика тут значит такая - у нас есть 3 аппаратика и каждый отработает…
> Для того, чтобы съехать по такому тоннелю, нужен специальный теплозащитный костюм. Я думал об этом. Для…
> То есть выборы в США у вас тождественны нападению Раши на Украину? По необходимости вмешиваться. Нет,…