V-kosmose.com

Индекс обитаемости: новый способ классифицировать экзопланеты

Индекс обитаемости: новый способ классифицировать экзопланеты

Космический телескоп НАСА Кеплер в корне изменил наш взгляд на огромное количество экзопланет, вращающихся вокруг других звезд в нашей галактике, но сколько среди них пригодных для жизни?

Сегодня мы горим непреодолимым желанием понять, какие из более чем 1000 планет, обнаруженных космическим телескопом Кеплер, являются обитаемыми. Находятся ли они достаточно близко к своей звезде? Как их поверхности отражают свет? Насколько смещены их орбиты?

Новый документ, который был признан Astrophysical Journal и предварительно опубликован на сайте arxiv.org предлагает принять все эти факторы во внимание и классифицировать планеты по «индексу обитаемости».

Это поможет расставить приоритеты, какие планеты следует рассматривать более внимательно, говорит Рори Барнс, научный сотрудник, профессор астрономии в Университете Вашингтона. Он обсуждал с Discovery News то, как этот индекс будет работать.

Основные характеристики

Схема того, что происходит с кривой света звезды, когда планета проходит перед ней

Схема того, что происходит с кривой света звезды, когда планета проходит перед ней

Когда экзопланета проходит перед звездой и за ней можно наблюдать через телескоп, например Кеплер, тогда видны четыре основные характеристики, как говорит Барнс: орбитальный период (сколько времени уходит на то, чтобы пройти вокруг звезды), продолжительность перехода (сколько времени уходит на то, чтобы сделать переход), глубина перехода (сколько света блокируется) и время между переходами.

"Только этих данных не достаточно, чтобы сделать выводы об обитаемости", - говорит Барнс. "Мы не говорим о массе, радиусе и яркости звезды – это те вещи, которые нам обязательно необходимо знать о планетах «под вопросом»".

Это обычно означает, что данных о переходах не достаточно. Астрономы получают более подробную информацию, глядя на "раскачивание" звезды, когда планета вращается вокруг нее. Этот метод известен как метод радиальной скорости. Это дает дополнительную информацию, например, о массе экзопланеты и планетарной орбите.

Шаг 1: Обследовать яркие звезды

Художественная иллюстрация TESS (спутник, обследующий переходные экзопланеты) и планеты, проходящие перед звездой

Художественная иллюстрация TESS (спутник, обследующий переходные экзопланеты) и планеты, проходящие перед звездой

В 2017 или 2018 году спутник НАСА, обследующий переходные экзопланеты (TESS) начнет исследовать планеты, проходящие перед яркими звездами. Если звезда будет находиться близко к Земле, нам будет доступно больше информации просто потому, что она больше в видоискателе, чем размер звезды, или потому, что она ярче, например, через астросейсмологию – науку о «звездных землетрясениях».

"Это одно из самых больших преимуществ TESS", - сказал Барнс. "Спутник TESS смотрит на ближние звезды, которые намного ярче, так что мы можем использовать более сложные методы".

Шаг 2: Представить климатические модели

В этой художественной иллюстрации изображена экзопланета OGLE-2005-BLG-390L b, которая, по оценкам, имеет температура поверхности всего 50 Кельвинов (-370 градусов по Фаренгейту, или -223 градусов по Цельсию).

В этой художественной иллюстрации изображена экзопланета OGLE-2005-BLG-390L b, которая, по оценкам, имеет температура поверхности всего 50 Кельвинов (-370 градусов по Фаренгейту, или -223 градусов по Цельсию)

Можно использовать несколько доступных нам параметров - количество света, который блокируется, размер орбиты - чтобы увидеть, как много  излучений попадает на планету.

Проблема, однако, в том, что мы также должны знать, как много света планета способна отражать. Лед отражает больше света, чем вода или земля. Это означает, что ледяная планета будет иметь меньшую температуру поверхности, чем планета с большим количеством воды. По массе планеты не всегда понятно, является ли она газообразной (как Нептун) или скалистой (как Земля), или чем-то средним. Это делает расчеты еще более сложными.

Шаг 3: Представить эксцентриситет

Эта схема Солнечной системы показывает, насколько смещены орбиты карликовых планет Плутона и Эриды, по сравнению с другими планетами

Эта схема Солнечной системы показывает, насколько смещены орбиты карликовых планет Плутона и Эриды, по сравнению с другими планетами

Но есть еще один большой вопрос: насколько смещена орбита планеты? Это почти невозможно определить по данным перехода, не владея другой информацией.

Если планета находится близко к своей звезде, на ее поверхность будет попадать больше радиации.  Если планета находится далеко от своей звезды, излучение будет меньше. Если планета резко перемещается очень близко к звезде, затем отдаляется на большое расстояние, количество радиации также резко меняется.

"Это что-то вроде танца между альбедо и эксцентриситетом, что в значительной мере определяет, насколько жилой является планета", - сказал Барнс. "Эксцентриситет легче определить, если в системе находится несколько планет, поскольку вы можете видеть, как их орбиты взаимодействовать друг с другом".

Индекс обитаемости

Индекс обитаемости будет классифицировать планеты, такие как Кеплер-62F, небольшая супер-Земля, как показанно на этом художественном изображении

Индекс обитаемости будет классифицировать планеты, такие как Кеплер-62F, небольшая супер-Земля, как показанно на этом художественном изображении

Барнс и его коллеги вывели формулу, по которой с большой вероятностью можно определить стоит ли та или иная планета более детального изучения. Их индекс обитаемости является продуктом определенных планетарных составляющих, которые делают возможным создание обитаемого мира: падающее на поверхность звездное излучение, смещенность орбиты (эксцентриситет), альбедо и скалистость.

Он рекомендует использовать формулу так:

  1. Данные по переходу могут обмануть вас: вам кажется, что там присутствует планета, когда на самом деле это просто углубление света, которое появляется из-за пятен на звезде. Вы должны использовать альтернативный метод, чтобы подтвердить наличие планеты. Например, метод радиальной скорости, то есть наблюдать за колебаниями звезды;
  2. Как только вы получите больше данных после измерений методом радиальной скорости, таких как эксцентриситет, выставьте планеты по рейтинговой схеме. Те, которые имеют наиболее благоприятные характеристики, должны быть рассмотрены через большее количество телескопов, чтобы получить более достоверную информацию;

Он надеется, что астрономы с помощью TESS, телескопа Джеймса Вебба (который скоро появится), и других инструментов смогут сделать свои поиски обитаемости более эффективным, применяя индекс.

"Ресурсы, необходимые для изучения могут быть существенными, особенно для самых маленьких планет", сказал Барнс. "Наша схема ранжирования поможет выделить более приоритетных кандидатов для проверки их обитаемости".