Bagaimana mereka mencari planet di zona layak huni, kondisi apa saja yang diperlukan untuk pembentukan kehidupan dan apa yang menarik dari penemuan eksoplanet Proxima b
Zona layak huni, yang dalam bahasa Inggris disebut zona layak huni, merupakan kawasan dalam ruang dengan kondisi yang paling menguntungkan bagi kehidupan jenis terestrial. Istilah habitat berarti hampir semua kondisi kehidupan terpenuhi, hanya saja kita tidak melihatnya. Kesesuaian untuk kehidupan ditentukan oleh faktor-faktor berikut: keberadaan air dalam bentuk cair, atmosfer yang cukup padat, keragaman kimiawi (molekul sederhana dan kompleks berdasarkan H, C, N, O, S, dan P) dan keberadaan bintang yang membawa sejumlah energi yang dibutuhkan.
Pelajari sejarah: planet terestrial
Dari sudut pandang astrofisika, ada beberapa pendorong munculnya konsep zona layak huni. Pertimbangkan tata surya kita dan empat planet terestrial: Merkurius, Venus, Bumi, dan Mars. Merkurius tidak memiliki atmosfer, dan terlalu dekat dengan Matahari, oleh karena itu, tidak terlalu menarik bagi kita. Ini adalah planet dengan nasib yang menyedihkan, karena meskipun memiliki atmosfer, ia akan terbawa oleh angin matahari, yaitu aliran plasma yang terus mengalir keluar dari korona bintangnya.
Pertimbangkan planet kebumian lainnya di tata surya - ini adalah Venus, Bumi, dan Mars. Mereka muncul secara praktis di tempat yang sama dan dalam kondisi yang sama ~ 4,5 miliar tahun yang lalu. Dan karena itu, dari sudut pandang astrofisika, evolusinya seharusnya sangat mirip. Sekarang, di awal zaman antariksa, ketika kita telah maju dalam mempelajari planet-planet ini menggunakan pesawat ruang angkasa, hasil yang diperoleh menunjukkan kondisi yang sangat berbeda pada planet-planet ini. Kita sekarang tahu bahwa Venus memiliki tekanan yang sangat tinggi dan permukaannya sangat panas, 460-480 ° C - ini adalah suhu di mana banyak zat bahkan meleleh. Dan dari bidikan panorama pertama permukaan, kami melihat bahwa itu benar-benar mati dan praktis tidak beradaptasi dengan kehidupan. Seluruh permukaan adalah satu benua.
Planet terestrial - Merkurius, Venus, Bumi, Mars
Video promosi:
commons.wikimedia.org
Di sisi lain, Mars. Ini dunia yang dingin. Mars telah kehilangan atmosfernya. Ini sekali lagi merupakan permukaan gurun, meski ada pegunungan dan gunung berapi. Atmosfer karbondioksida sangat tipis; jika air ada di sana, maka semuanya membeku. Mars memiliki tutup kutub, dan hasil terbaru dari misi ke Mars menunjukkan bahwa es ada di bawah lapisan pasir - regolith.
Dan Bumi. Suhu yang sangat baik, air tidak membeku (setidaknya tidak di semua tempat). Dan di Bumi itulah kehidupan muncul - kehidupan primitif dan multiseluler, kehidupan cerdas. Tampaknya kita melihat sebagian kecil tata surya, di mana tiga planet, yang disebut planet kebumian, terbentuk, tetapi evolusinya sama sekali berbeda. Dan pada gagasan pertama tentang kemungkinan jalur evolusi planet itu sendiri, gagasan tentang zona layak huni muncul.
Batas zona layak huni
Ahli astrofisika mengamati dan mempelajari dunia di sekitar kita, ruang luar yang mengelilingi kita, yaitu tata surya dan sistem planet di bintang lain. Dan untuk entah bagaimana mensistematisasikan, di mana mencarinya, objek apa yang menarik, Anda perlu memahami cara menentukan zona layak huni. Kami selalu percaya bahwa bintang lain harus memiliki planet, tetapi kekuatan instrumental memungkinkan kami menemukan exoplanet pertama - planet yang terletak di luar tata surya - hanya 20 tahun yang lalu.
Bagaimana batas dalam dan luar dari zona layak huni ditentukan? Diyakini bahwa di tata surya kita, zona layak huni terletak pada jarak 0,95 hingga 1,37 unit astronomi dari Matahari. Kita tahu bahwa Bumi berjarak 1 satuan astronomi (AU) dari Matahari, Venus berjarak 0,7 SA. e., Mars - 1,5 a. e. Jika kita mengetahui luminositas sebuah bintang, maka sangat mudah untuk menghitung pusat zona layak huni - Anda hanya perlu mengambil akar kuadrat dari rasio luminositas bintang ini dan mengacu pada luminositas Matahari, yaitu:
Rae = (Lstar / Lsun) 1/2.
Di sini Rae adalah jari-jari rata-rata zona layak huni dalam unit astronomi, dan Lstar dan Lsun adalah luminositas bolometrik dari bintang dan Matahari yang dicari. Batas-batas zona layak huni ditetapkan berdasarkan persyaratan keberadaan air cair di planet-planet yang terletak di dalamnya, karena ini merupakan pelarut yang diperlukan dalam banyak reaksi biomekanik. Di luar batas luar zona layak huni, planet ini tidak menerima cukup radiasi matahari untuk mengkompensasi hilangnya radiasi, dan suhunya akan turun di bawah titik beku air. Planet yang terletak lebih dekat ke bintang daripada batas dalam zona layak huni akan dipanaskan secara berlebihan oleh radiasinya, akibatnya air akan menguap.
Lebih tepatnya, batas dalam ditentukan baik oleh jarak planet dari bintang maupun oleh komposisi atmosfernya, dan khususnya oleh keberadaan apa yang disebut gas rumah kaca: uap air, karbon dioksida, metana, amonia, dan lainnya. Seperti yang Anda ketahui, gas rumah kaca menyebabkan pemanasan atmosfer, yang dalam kasus efek rumah kaca yang tumbuh secara dahsyat (misalnya, awal Venus) menyebabkan penguapan air dari permukaan planet dan hilangnya atmosfer.
Perbatasan eksternal sudah menjadi sisi lain dari masalah ini. Bisa jadi lebih jauh lagi bila hanya ada sedikit energi dari Matahari dan keberadaan gas rumah kaca di atmosfer Mars tidak cukup untuk efek rumah kaca untuk menciptakan iklim yang sejuk. Segera setelah jumlah energi tidak mencukupi, gas rumah kaca (uap air, metana, dll.) Dari atmosfer mengembun, turun sebagai hujan atau salju, dan seterusnya. Dan sebenarnya gas rumah kaca telah terkumpul di bawah tutup kutub di Mars.
Sangat penting untuk mengatakan satu kata tentang zona layak huni untuk bintang-bintang di luar tata surya kita: potensi adalah zona kelayakan potensial, yaitu, kondisi yang diperlukan terpenuhi di dalamnya, tetapi tidak cukup untuk pembentukan kehidupan. Di sini perlu membicarakan tentang kelangsungan hidup planet, ketika sejumlah fenomena dan proses geofisika dan biokimia berperan, seperti keberadaan medan magnet, lempeng tektonik, durasi hari planet, dan sebagainya. Fenomena dan proses yang terdaftar sekarang sedang dipelajari secara aktif dalam arah baru penelitian astronomi - astrobiologi.
Cari planet di zona layak huni
Ahli astrofisika hanya mencari planet dan kemudian menentukan apakah mereka berada di zona layak huni. Dari pengamatan astronomis, Anda bisa melihat di mana letak planet ini, di mana letak orbitnya. Jika di zona layak huni, maka segera minat terhadap planet ini meningkat. Selanjutnya, Anda perlu mempelajari planet ini dalam aspek lain: atmosfer, keanekaragaman kimiawi, keberadaan air, dan sumber panas. Ini sudah sedikit membawa kita keluar dari kurung konsep "potensi". Tetapi masalah utamanya adalah bahwa semua bintang ini sangat jauh.
Melihat planet di dekat bintang seperti Matahari adalah satu hal. Ada sejumlah exoplanet yang mirip dengan Bumi kita - yang disebut sub dan super-Bumi, yaitu planet dengan jari-jari yang mendekati atau sedikit melebihi radius Bumi. Ahli astrofisika mempelajarinya dengan mempelajari atmosfer, kita tidak melihat permukaan - hanya dalam kasus yang terisolasi, yang disebut pencitraan langsung, ketika kita hanya melihat titik yang sangat jauh. Oleh karena itu, kita harus mempelajari apakah planet ini memiliki atmosfer, dan jika demikian, apa komposisinya, gas apa yang ada, dan sebagainya.
Exoplanet (titik merah di kiri) dan katai coklat 2M1207b (tengah). Gambar pertama diambil menggunakan teknologi pencitraan langsung pada tahun 2004
ESO / VLT
Dalam arti luas, pencarian kehidupan di luar tata surya, dan di tata surya, adalah pencarian yang disebut biomarker. Biomarker diyakini sebagai senyawa kimia yang berasal dari biologis. Kita tahu bahwa penanda utama di Bumi, misalnya, adalah keberadaan oksigen di atmosfer. Kita tahu bahwa hanya ada sedikit oksigen di awal Bumi. Kehidupan paling sederhana dan primitif muncul lebih awal, kehidupan multiseluler muncul cukup terlambat, belum lagi kecerdasan. Tapi kemudian, karena fotosintesis, oksigen mulai terbentuk, atmosfer berubah. Dan ini adalah salah satu biomarker yang mungkin. Nah dari teori-teori lain kita mengetahui bahwa ada sejumlah planet dengan atmosfer oksigen, tetapi pembentukan molekul oksigen di sana bukan disebabkan oleh biologis, melainkan oleh proses fisika biasa.katakanlah dekomposisi uap air di bawah pengaruh radiasi ultraviolet bintang. Oleh karena itu, semua antusiasme bahwa, begitu kita melihat oksigen molekuler, ia akan menjadi penanda biologis, tidak sepenuhnya dibenarkan.
Misi "Kepler"
Teleskop Luar Angkasa Kepler (CT) adalah salah satu misi astronomi paling sukses (tentu saja, setelah Teleskop Luar Angkasa Hubble). Ini bertujuan untuk menemukan planet. Berkat Kepler CT, kami telah membuat lompatan kuantum dalam penelitian exoplanet.
Kepler CT difokuskan pada satu cara penemuan - yang disebut transit, ketika fotometer - satu-satunya instrumen di satelit - melacak perubahan kecerahan bintang pada saat planet melintas di antara itu dan teleskop. Ini memberi informasi tentang orbit planet, massanya, rezim suhu. Dan ini memungkinkan untuk mengidentifikasi sekitar 4.500 kandidat planet potensial selama bagian pertama misi ini.
Teleskop Luar Angkasa "Kepler"
NASA
Dalam astrofisika, astronomi, dan, mungkin, dalam semua ilmu pengetahuan alam, adalah kebiasaan untuk memastikan penemuan. Fotometer mencatat bahwa kecerahan bintang berubah, tetapi apa artinya ini? Mungkin bintang memiliki semacam proses internal yang mengarah pada perubahan; planet-planet lewat - itu menjadi gelap. Oleh karena itu, perlu dilihat frekuensi perubahannya. Tetapi untuk memastikan bahwa ada planet, Anda perlu memastikannya dengan cara tertentu - misalnya, dengan mengubah kecepatan radial bintang. Artinya, sekarang ada sekitar 3600 planet - ini adalah planet yang dikonfirmasi dengan beberapa metode pengamatan. Dan ada hampir 5.000 calon potensial.
Proxima Centauri
Pada Agustus 2016, konfirmasi diterima tentang keberadaan planet bernama Proxima b di dekat bintang Proxima Centauri. Mengapa ini sangat menarik bagi semua orang? Untuk alasan yang sangat sederhana: ia adalah bintang terdekat dengan Matahari kita pada jarak 4,2 tahun cahaya (yaitu, cahaya menempuh jarak ini dalam 4,2 tahun). Ini adalah planet ekstrasurya terdekat dengan kita dan, mungkin, benda angkasa terdekat dengan tata surya, tempat kehidupan bisa ada. Pengukuran pertama dilakukan pada tahun 2012, tetapi karena bintang ini adalah katai merah dingin, serangkaian pengukuran yang sangat panjang harus dilakukan. Dan sejumlah tim ilmiah dari European Southern Observatory (ESO) telah mengamati bintang tersebut selama beberapa tahun. Mereka membuat situs web bernama Pale Red Dot (palereddot.org - red.), Artinya, 'titik merah pucat', dan memposting pengamatan di sana. Para astronom menarik pengamat yang berbeda, dan dimungkinkan untuk melacak hasil pengamatan di domain publik. Jadi, sangat mungkin untuk mengikuti proses penemuan planet ini hampir secara online. Dan nama program dan situs pengamatan kembali ke istilah Pale Red Dot yang diciptakan oleh ilmuwan Amerika terkenal Carl Sagan untuk gambar planet Bumi yang ditransmisikan oleh pesawat ruang angkasa dari kedalaman tata surya. Ketika kita mencoba menemukan planet seperti Bumi di sistem bintang lain, kita dapat mencoba membayangkan bagaimana rupa planet kita dari kedalaman ruang angkasa. Proyek ini diberi nama Pale Blue Dot ('titik biru pucat'), karena dari luar angkasa, akibat kilauan atmosfer, planet kita terlihat sebagai titik biru.sangat mungkin untuk mengikuti proses penemuan planet ini hampir secara online. Dan nama program dan situs pengamatan kembali ke istilah Pale Red Dot yang diciptakan oleh ilmuwan Amerika terkenal Carl Sagan untuk gambar planet Bumi yang ditransmisikan oleh pesawat ruang angkasa dari kedalaman tata surya. Ketika kita mencoba menemukan planet seperti Bumi di sistem bintang lain, kita dapat mencoba membayangkan bagaimana rupa planet kita dari kedalaman ruang angkasa. Proyek ini diberi nama Pale Blue Dot ('titik biru pucat'), karena dari luar angkasa, akibat kilauan atmosfer, planet kita terlihat sebagai titik biru.sangat mungkin untuk mengikuti proses penemuan planet ini hampir secara online. Dan nama program dan situs pengamatan kembali ke istilah Pale Red Dot yang diciptakan oleh ilmuwan Amerika terkenal Carl Sagan untuk gambar planet Bumi yang ditransmisikan oleh pesawat ruang angkasa dari kedalaman tata surya. Ketika kita mencoba menemukan planet seperti Bumi di sistem bintang lain, kita dapat mencoba membayangkan bagaimana rupa planet kita dari kedalaman ruang angkasa. Proyek ini diberi nama Pale Blue Dot ('titik biru pucat'), karena dari luar angkasa, akibat kilauan atmosfer, planet kita terlihat sebagai titik biru.diusulkan oleh ilmuwan Amerika terkenal Carl Sagan untuk gambar planet Bumi, yang ditransmisikan oleh pesawat ruang angkasa dari kedalaman tata surya. Ketika kita mencoba menemukan planet seperti Bumi di sistem bintang lain, kita dapat mencoba membayangkan bagaimana rupa planet kita dari kedalaman ruang angkasa. Proyek ini dinamai Titik Biru Pucat, karena dari luar angkasa, akibat luminositas atmosfer, planet kita terlihat sebagai titik biru.diusulkan oleh ilmuwan Amerika terkenal Carl Sagan untuk gambar planet Bumi, yang ditransmisikan oleh pesawat ruang angkasa dari kedalaman tata surya. Ketika kita mencoba menemukan planet seperti Bumi di sistem bintang lain, kita dapat mencoba membayangkan bagaimana rupa planet kita dari kedalaman ruang angkasa. Proyek ini dinamai Titik Biru Pucat, karena dari luar angkasa, akibat luminositas atmosfer, planet kita terlihat sebagai titik biru.
Planet Proxima b berada di zona layak huni bintangnya dan relatif dekat dengan Bumi. Jika kita, planet Bumi, berjarak 1 unit astronomi dari bintang kita, maka planet baru ini adalah 0,05, yaitu 200 kali lebih dekat. Tapi bintang itu bersinar lebih redup, lebih dingin, dan sudah pada jarak seperti itu ia jatuh ke dalam apa yang disebut zona penangkapan pasang surut. Saat Bumi menangkap Bulan dan mereka berputar bersama, situasi yang sama terjadi di sini. Tetapi pada saat yang sama, satu sisi planet ini menghangat, dan sisi lainnya dingin.
Pemandangan Proxima Centauri b yang dilihat oleh seniman
ESO / M. Kornmesser
Ada kondisi iklim seperti itu, sistem angin yang bertukar panas antara bagian yang dipanaskan dan bagian yang gelap, dan di perbatasan belahan ini terdapat kondisi yang cukup menguntungkan untuk kehidupan. Tetapi masalah dengan planet Proxima Centauri b adalah bahwa bintang induknya adalah katai merah. Katai merah hidup cukup lama, tetapi mereka memiliki satu sifat khusus: mereka sangat aktif. Ada flare bintang, lontaran massa koronal, dan sebagainya. Cukup banyak artikel ilmiah tentang sistem ini yang telah diterbitkan, di mana, misalnya, mereka mengatakan bahwa, tidak seperti Bumi, tingkat radiasi ultravioletnya 20-30 kali lebih tinggi. Artinya, untuk mendapatkan kondisi yang menguntungkan di permukaan, atmosfer harus cukup padat untuk melindungi dari radiasi. Tapi ini satu-satunya exoplanet yang paling dekat dengan kita,yang dapat dipelajari secara detail dengan instrumen astronomi generasi berikutnya. Amati atmosfernya, lihat apa yang terjadi di sana, apakah ada gas rumah kaca, bagaimana iklim di sana, apakah ada biomarker di sana. Ahli astrofisika akan mempelajari planet Proxima b, benda panas untuk penelitian.
Perspektif
Kami menunggu beberapa teleskop darat dan luar angkasa baru, instrumen baru untuk diluncurkan. Di Rusia, ini akan menjadi teleskop luar angkasa Spektr-UF. Institut Astronomi Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia secara aktif mengerjakan proyek ini. Pada 2018, Teleskop Luar Angkasa Amerika akan diluncurkan. James Webb adalah generasi penerus dibandingkan dengan CT im. Hubble. Resolusi akan jauh lebih tinggi, dan kita akan dapat mengamati komposisi atmosfer di exoplanet yang kita ketahui, entah bagaimana menyelesaikan strukturnya, sistem iklimnya. Tetapi kita harus memahami bahwa ini adalah instrumen astronomi yang umum - tentu saja, akan ada persaingan yang sangat ketat, seperti halnya di CT. Hubble: seseorang ingin melihat galaksi, seseorang - bintang, sesuatu yang lain. Beberapa misi khusus untuk menjelajahi exoplanet direncanakan,misalnya TESS NASA (Transiting Exoplanet Survey Satellite). Sebenarnya, dalam 10 tahun ke depan, kita bisa mengharapkan kemajuan yang signifikan dalam pengetahuan kita tentang exoplanet secara umum dan tentang exoplanet yang berpotensi dihuni seperti Bumi, pada khususnya.
Valery Shematovich, Doktor Fisika dan Matematika, Kepala Departemen Riset Tata Surya, Institut Astronomi, Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia
