Più recentemente, abbiamo commentato la scoperta di Proxima b, un pianeta che è diventato una ciliegina sulla torta di una torta esoplanetaria. E il 22 febbraio 2017, con clamore, è stata annunciata la scoperta di tre pianeti contemporaneamente nella zona abitabile di un'altra nana rossa, TRAPPIST-1. Questo sistema è quasi dieci volte più lontano di Proxima Centauri, ma ci sono almeno due circostanze che fanno trovare la seconda ciliegina sulla torta negli ultimi mesi. Esso:
- ci sono tre pianeti nella zona abitabile contemporaneamente, questo aumenta la probabilità che almeno uno di essi sia adatto alla vita;
- questi pianeti, a differenza di Proxima b, sono transitori, cioè passano attraverso il disco della stella per un osservatore terrestre, il che facilita notevolmente l'osservazione delle loro atmosfere.
Qualche parola sulla storia della sensazione. Il sistema è stato scoperto nel 2015 dal piccolo telescopio belga TRAPPIST. Il nome - Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope South - è adattato al marchio di birra belga. Il telescopio si trova in Cile presso l'Osservatorio La Silla dell'Osservatorio europeo meridionale.
Con il suo aiuto, tre pianeti di transito sono stati scoperti vicino alla fredda nana rossa 2MASS J23062928-0502285 [1], che ha ricevuto il secondo nome più umano TRAPPIST-1 - questo è stato il primo sistema planetario scoperto da questo telescopio. Quindi il sistema è stato osservato dal telescopio europeo VLT (Very Large Telescope) e, infine, grazie ai dati del telescopio spaziale a infrarossi Spitzer della NASA, il sistema è stato "districato" e ha scoperto che ci sono sette pianeti. In realtà, l'ultimo passo è stata la conferenza stampa della NASA il 22 febbraio.
Figura: 1. Curva di luce della stella TRAPPIST-1 durante la sessione di 20 giorni del telescopio spaziale Spitzer. Punti verdi - osservazioni con telescopi terrestri. Verticale: la luminosità della stella al momento in relazione alla luminosità media. I diamanti segnano i transiti di pianeti specifici. Le espulsioni di punti verso l'alto sono molto probabilmente bagliori stellari. C'è solo un transito del pianeta h. Il suo periodo e il raggio orbitale sono stimati dalla durata di un singolo transito (vedi Fig.2)
Figura: 2. Curve di luce della stella durante i transiti di ciascuno dei sette pianeti
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La zona abitabile comprende i pianeti e, f, g, anche se a prima vista il pianeta d è più adatto all'intensità di riscaldamento di g. Ciò richiede una discussione piuttosto complessa con stime del possibile effetto serra, comprese molte incertezze. Ovviamente il concetto di zona abitabile è molto arbitrario.
Non importa come definiamo la zona abitabile, ci sono seri problemi con la reale idoneità alla vita di ciascuno di questi pianeti. Stessi problemi di Proxima b. Sono associati alla natura delle nane rosse.
1. Queste sono stelle con attività magnetica molto violenta. Hanno uno spesso strato convettivo. A differenza del Sole, dove il calore viene trasferito all'esterno principalmente per diffusione di fotoni, lì prevale la convezione. Il sole ha anche convezione, motivo per cui compaiono macchie, bagliori, protuberanze e sulla Terra - tempeste magnetiche e aurore. Lì tutti questi fenomeni sono molto più intensi.
2. La luminosità di queste stelle all'inizio della loro biografia cambia notevolmente. Per i primi milioni di anni, brillano di dozzine, o addirittura centinaia di volte più luminose rispetto allo stato stazionario.
3. La zona abitabile delle nane rosse è così vicina alla stella che i pianeti cadono in una chiusura di marea: o sono sempre rivolti verso la stella con un lato, o il giorno è più lungo del loro anno (per il sistema TRAPPIST-1, la prima opzione è più probabile).
Cosa fare, la natura per la seconda volta in meno di un anno ci fa sfuggire sistemi planetari così poco incoraggianti. Ciò non sorprende: sono molto più facili da trovare con il metodo spettrometrico (è impossibile rilevare la Terra vicino al Sole in questo modo), è più probabile che risultino transitori e i transiti sono finalmente più contrastanti con le nane rosse che con quelle gialle e arancioni.
Figura: 3. Transito simultaneo di tre pianeti. Curva di luce acquisita l'11 dicembre 2015 con il telescopio europeo VLT
Quindi, i dati sul sistema trovato TRAPPIST-1 (gli errori non vengono forniti).
| Pianeta | Raggio dell'orbita | Periodo | Raggio del pianeta | Intensità di riscaldamento (in unità terrestri) |
| b | AU 0,011 | 1,51 giorni | 1.09 Re | 4.25 |
| c | 0.015 | 2.42 | 1.06 | 2.27 |
| d | 0.021 | 4.05 | 0.77 | 1.14 |
| e | 0,028 | 6.10 | 0.92 | 0.66 |
| f | 0,037 | 9.21 | 1.04 | 0.38 |
| g | 0,045 | 12.35 | 1.13 | 0.26 |
| h | 0.063 | ~ 20 | 0.75 | 0.13 |
Star. Massa - 0,08 solare, raggio -0,117 solare, luminosità - 0,5103 solare, temperatura 2550K
È stato possibile stimare approssimativamente le masse dei pianeti: a causa della loro interazione, i transiti sono leggermente spostati nel tempo. Gli errori nel determinare la massa sono notevoli, ma possiamo già concludere che la densità dei pianeti corrisponde al riempimento della roccia.
Naturalmente, nel prossimo futuro si troveranno pianeti simili alla terra vicini a stelle simili al sole. In realtà, molti di questi pianeti sono già stati trovati nei dati di Keplero, solo che sono molto lontani. È sufficiente osservare diverse centinaia di stelle luminose nel cielo (previsto nei prossimi anni), e tali pianeti verranno scoperti entro cento anni luce (e se si è fortunati, anche più vicini).
In effetti, pianeti confortevoli vicino a stelle confortevoli sono entro 15-20 anni luce (questo deriva dalle statistiche ottenute da Keplero), ma per scoprirli sono necessari interferometri spaziali, che non appariranno presto (vedi [2]).
La speranza che almeno uno dei pianeti sia adatto alla vita rimane. Inizialmente potevano avere molta acqua - non potevano formarsi dove si trovano ora e hanno dovuto migrare verso la stella dalla periferia del disco protoplanetario - a causa della linea della neve, dove ci sono molti corpi di ghiaccio. È vero, sono migrati indietro nell'era in cui la stella era molto più luminosa. Ma le stime fatte per Proxima b mostrano che le idrosfere dei pianeti potrebbero sopravvivere a un caldo torrido di decine di milioni di anni.
Una chiusura delle maree non è fatale se il pianeta ha un'atmosfera densa e un oceano globale, quindi il trasferimento di calore è in grado di appianare la differenza di temperatura tra gli emisferi giorno e notte.
Un problema più serio è il soffio via dell'atmosfera da parte del vento stellare e delle forti radiazioni. Alla conferenza stampa, è stato detto che la star ora è calma. Questo è vero se intendiamo radiazione termica, ma non raggi X: TRAPPIST-1 - misurato direttamente dall'osservatorio spaziale XMM - emette circa la stessa quantità di raggi X del Sole. Poiché i pianeti sono dieci volte più vicini alla stella di quanto lo sia la Terra al Sole, la loro radiazione di raggi X è tre ordini di grandezza superiore a quella della Terra.
I raggi X non rappresentano una minaccia diretta per la vita: vengono assorbiti dall'atmosfera. Il problema è la disidratazione del pianeta: i raggi X e la dura luce ultravioletta rompono le molecole d'acqua - l'idrogeno evapora facilmente, l'ossigeno si lega. Ancora peggio, dato che ci sono raggi X intensi, deve esserci un vento stellare intenso, che rimuove gli strati esterni dell'atmosfera. L'unica salvezza in questo caso è il campo magnetico del pianeta. Se questi pianeti hanno un campo abbastanza forte è una domanda. Forse c'è.
Quindi, resta la speranza che alcuni dei pianeti del sistema TRAPPIST-1 siano adatti alla vita. Questa speranza può essere confermata o negata? È possibile, e molto più semplice che nel caso di Proxima b, in cui si deve osservare la radiazione termica riflessa o quella del pianeta.
È molto difficile separarlo dalla radiazione della stella. Qui, le atmosfere dei pianeti possono essere osservate alla luce, il che è incomparabilmente più facile.
Nel caso di Proxima b, il nuovo telescopio spaziale James Webb sarà in grado di mostrare qualcosa solo in casi estremi: un emisfero è caldo, l'altro è congelato. Nel caso di TRAPPIST-1, è realistico vedere le linee di assorbimento nelle atmosfere dei pianeti. Oppure metti alcune restrizioni in cima. Una di queste limitazioni è già stata fissata: i pianeti interni non hanno atmosfere dense di idrogeno.
Figura: 4. Diagramma delle orbite del sistema TRAPPIST-1. La zona abitabile è contrassegnata in grigio. Cerchi tratteggiati: ha un'interpretazione leggermente diversa
C'è una possibilità teorica che James Webb scopra la vita su uno di questi pianeti? Il segno più eloquente della vita è l'ossigeno. È completamente rilevabile sia come ozono che come O2. Un'altra cosa è che una certa quantità di ossigeno può formarsi, ad esempio, a causa della dissociazione delle molecole d'acqua dalla radiazione dura di una stella. Stimare quanto ossigeno sia un indicatore affidabile non è facile. È necessario conoscere la velocità di dissociazione e la velocità di legame dell'ossigeno: ci sono molte incertezze. Ma se c'è tanto ossigeno quanto sulla Terra, non c'è nessun posto dove andare: solo la vita può darlo. Se c'è poco ossigeno, questo non significa che non ci sia vita: c'era poco ossigeno sulla Terra per i primi due miliardi di anni di vita.
In conclusione, vorrei esprimere il mio rammarico per il fatto che la Russia abbia aggirato lo studio degli esopianeti. Ci sono individui e lavori individuali, ma niente di più. Ma quest'area non richiede installazioni gigantesche, anzi, materia grigia e perseveranza di quanto la nostra scienza abbia sempre potuto vantare. Qualche speranza è data dal progetto russo "Millimetron" - un telescopio spaziale criogenico con uno specchio di 10 metri: nel progetto, lo studio degli esopianeti è uno dei primi punti. Tuttavia, questo è un argomento per una pubblicazione separata.
Boris Stern, astrofisico, Ph. D. fisico -stuoia. scienze, guidato. scientifico. sotr. Istituto per la ricerca nucleare RAS (Troitsk)
