30-годишното търсене на обитаема „Земя близнак“
Източник: iStock

Л овците на екзопланети Кристофър Уотсън и Анелиз Мортие обясняват дългото търсене на „близнак Земя“, способен да поддържа живот, пише BBC.

На 6 октомври 1995 г., на научна среща във Флоренция, Италия, двама швейцарски астрономи правят съобщение, което ще промени разбирането ни за Вселената отвъд нашата Слънчева система. Мишел Майор и неговият докторант Дидие Келоз, работещи в Женевския университет, обявяват, че са открили планета, обикаляща около звезда, различна от Слънцето.

Въпросната звезда, 51 Пегас, се намира на около 50 светлинни години разстояние в съзвездието Пегас. Нейният спътник – кръстен 51 Пегас b – не приличаше на нищо, написано в учебниците за това как си представяме, че планетите биха могли да изглеждат. Това беше газов гигант с маса поне половината от тази на Юпитер, който обикаляше звездата си за малко повече от четири дни. Той беше толкова близо до звездата (1/20 от разстоянието на Земята от Слънцето, дълбоко в орбитата на Меркурий), че атмосферата на планетата би била като пещ, с температури над 1000°C.

Инструментът, стоящ зад откритието, е Elodie , спектрограф, инсталиран две години по-рано в обсерваторията Haute-Provence в Южна Франция. Проектиран от френско-швейцарски екип, Elodie разделя звездната светлина на спектър от различни цветове, разкривайки дъга, гравирана с фини тъмни линии. Тези линии могат да се разглеждат като „звезден баркод“, предоставящ подробности за химичния състав на други звезди. 

Това, което забелязали Майор и Келос, било баркодът на 51 Пегаси, който се плъзгал ритмично напред-назад в този спектър на всеки 4,23 дни – издайнически сигнал, че звездата се клатушка от гравитационното привличане на иначе невидим спътник сред блясъка на звездата. 

След като старателно изключиха други обяснения, астрономите най-накрая решиха, че вариациите се дължат на газов гигант в близка орбита около тази подобна на Слънцето звезда. Първата страница на списание Nature, в която беше публикувана статията им , носеше заглавието: „Планета в Пегас?“

Откритието озадачи учените, а въпросителният знак на корицата на Nature отразяваше първоначалния скептицизъм. Представяше си предполагаема гигантска планета до звездата си, но нямаше известен механизъм за образуване на подобен свят в такава огнена среда.

Въпреки че сигналът беше потвърден от други екипи в рамките на седмици, съмненията относно причината за него останаха почти три години, преди окончателно да бъдат отхвърлени. 51 Pegasi b не само стана първата открита планета, обикаляща около подобна на слънцето звезда извън нашата Слънчева система, но и представляваше изцяло нов тип планета. По-късно терминът „горещ Юпитер“ беше въведен, за да опише такива планети.

Откритието е пукнатината във вратата, която след отварянето си е довела до наводнение. През 30-те години след това са каталогизирани над 6000 екзопланети (терминът за планети извън нашата Слънчева система) и кандидати за това, което може да са екзопланети.

Разнообразието им е потресаващо: не просто горещи, а ултра-горещи Юпитери с орбити по-малки от един ден; светове, които обикалят не около една, а около две звезди, като Татуин от „Междузвездни войни“; странни „супер-пухкави“ газови гиганти, по-големи от Юпитер, но с много по-малка маса; вериги от малки скалисти планети, струпани в тесни орбити. 

Откриването на 51-Pegb предизвика революция и през 2019 г. донесе на Майор и Келос Нобелова награда . Сега можем да заключим, че повечето звезди имат планетарни системи – и въпреки това, от хилядите открити екзопланети, все още не сме открили планетарна система, която да прилича на нашата собствена.

Търсенето на планета близнак на Земята – планета, която наподобява Земята по размер, маса и температура – ​​продължава да тласка съвременните изследователи като нас да търсят още неоткрити екзопланети. Нашите експедиции може да не ни отведат на смъртоносни пътешествия и преходи като миналите легендарни изследователи на Земята – но все пак имаме възможност да посетим красиви обсерватории на планински върхове, често разположени в отдалечени райони по света. 

Ние сме членове на международен консорциум от ловци на планети, който е изградил, експлоатира и поддържа спектрографа Harps-N , монтиран на Националния телескоп „Галилео“ на красивия Канарски остров Ла Палма. Този усъвършенстван инструмент ни позволява грубо да прекъсваме пътуването на звездната светлина, която може би се е движила безпрепятствено със скорост от 670 милиона мили в час (1,08 милиарда км/ч) в продължение на десетилетия или дори хилядолетия. 

Всеки нов сигнал има потенциала да ни доближи до разбирането колко често срещани могат да бъдат (или не могат да бъдат) планетарните системи като нашата. На заден план се крие възможността един ден най-накрая да открием друга планета, подобна на Земята.

Произходът на изучаването на екзопланетите 

До средата на 90-те години на миналия век нашата Слънчева система беше единственият набор от планети, познати на човечеството. Всяка теория за това как планетите са се образували и еволюирали произтича от тези девет, невероятно близко разположени точки от данни (които намаляха до осем, когато Плутон беше понижен през 2006 г. , след като Международният астрономически съюз одобри ново определение за планета). Всички тези планети се въртят само около една звезда от приблизително 100 милиарда звезди в нашата галактика, Млечния път. Фактът, че вероятно има поне 100 милиарда галактики във Вселената, допълнително разкрива нашето невежество. Това е малко като извънземни, които се опитват да установят човешката природа и поведение, като изучават студенти, живеещи заедно в една къща.

Но това не попречило на някои от най-великите умове в историята да спекулират за това какво се крие отвъд. Великият философ Епикур (341-270 г. пр.н.е.) писал в писмо до Херодот: „Има безкраен брой светове, някои като този свят, други не като него.“ 

Това не се основаваше на някакво астрономическо наблюдение, а на неговата атомистична теория на философията. Ако Вселената е съставена от безкраен брой атоми, тогава, според него, е невъзможно да няма други планети. Той също така ясно разбираше какво може да означава това по отношение на потенциала за развитие на живот другаде: Не бива да предполагаме, че световете имат непременно една и съща форма. В един вид свят може да се съдържат семената, от които възникват животните и растенията, както и всички останали неща, които виждаме, докато в друг вид свят те не биха могли да съществуват.

За разлика от това, приблизително по същото време, колегата му гръцки философ Аристотел (384-322 г. пр.н.е.) предлага своя геоцентричен модел на Вселената, според който Земята е неподвижна в центъра си, а Луната, Слънцето и известните планети обикалят около нас. По същество Слънчевата система, както я е замислял Аристотел, е цялата Вселена – в „ За небесата“ (350 г. пр.н.е.) той твърди: „От това следва, че не може да има повече святове от един.“

Подобно схващане, че планетите са рядкост във Вселената, се е запазило в продължение на 2000 години. Сър Джеймс Джийнс, един от водещите математици в света и влиятелен физик и астроном в началото на 20-ти век, излага своята приливна хипотеза за образуване на планети през 1916 г. Според тази теория, планетите се образуват, когато две звезди преминават толкова близо една до друга, че срещата издърпва потоци газ от звездите в космоса, които по-късно кондензират в планети. Рядкостта на такива близки космически срещи в необятната празнота на космоса кара Джийнс да вярва, че планетите трябва да са редки – или всъщност, както е съобщено в некролога му, „че Слънчевата система може дори да е уникална във Вселената“.

Но по това време разбирането за мащаба на Вселената бавно се променя. В Големия дебат от 1920 г. , проведен в Смитсониънския музей по естествена история във Вашингтон, американските астрономи Харлоу Шапли и Хебър Къриц се сблъскват дали Млечният път е цялата Вселена или само една от многото галактики. Доказателствата започват да сочат към последното, както твърди Къртис. Това осъзнаване – че Вселената съдържа не само милиарди звезди, а милиарди галактики, всяка от които съдържа милиарди звезди – започва да влияе дори на най-песимистичните предсказващи фактори за планетарното разпространение.

През 40-те години на миналия век две неща доведоха до драматична промяна в научния консенсус. Първо, хипотезата за приливите и отливите на Джийнс не издържа научната проверка – водещите теории вече разглеждаха образуването на планети като естествен страничен продукт на самото звездообразуване, което отваряше потенциала всички звезди да бъдат дом на планети.

След това, през 1943 г., се появяват твърдения за планети, обикалящи около звездите 70 Змиеносец и 61 Лебед C – две сравнително близки звездни системи, видими с невъоръжено око. По-късно се оказва, че и двата резултата са фалшиво положителни, най-вероятно поради несигурности в телескопичните наблюдения, които са били възможни по това време – но въпреки това те силно повлияват на планетарното мислене. Изведнъж се смята за реална научна възможност, че в Млечния път има милиарди планети.

За нас нищо не подчертава тази промяна в начина на мислене повече от статия, написана за Scientific American през юли 1943 г. от влиятелния американски астроном Хенри Норис Ръсел. Докато две десетилетия по-рано Ръсел е предсказал, че планетите „би трябвало да са рядкост сред звездите“, сега заглавието на статията му е: „ Залезът на антропоцентризма “. Първият ѝ текст е: „Новите открития водят до вероятността в нашата галактика да има хиляди обитаеми планети“. 

Поразително е, че Ръсел не просто е правил предсказание за стари планети, а за обитаеми такива. Парещият въпрос е бил: къде са те? Ще е необходим още половин век, за да започнем да откриваме това.

Как да открием екзопланета

Когато наблюдаваме безброй звезди през италианския телескоп „Галилео“ на Ла Палма, използвайки нашия спектрограф Harps-N, е удивително да си помислим колко много сме стигнали, откакто Майор и Келос обявиха откритието си на 51 Pegasi b през 1995 г. В днешно време можем ефективно да измерваме масите не само на планети, подобни на Юпитер, но дори на малки планети, намиращи се на хиляди светлинни години разстояние. Като част от сътрудничеството Harps-N, ние имаме място на челните редове от 2012 г. насам в науката за малките екзопланети.

Друг важен момент в тази история дойде четири години след откриването на 51 Pegasi b, когато канадският докторант в Харвардския университет, Дейвид Шарбоно, засече транзита на известна екзопланета – друг горещ Юпитер, известен като HD209458b , също разположен в съзвездието Пегас на около 150 светлинни години от Земята. 

Транзитът описва преминаване на планета пред своята звезда от гледна точка на наблюдателя, което за момент прави звездата да изглежда по-тъмна. Освен че открива екзопланети, техниката на транзита ни позволява да измерим радиуса на планетата – като правим много измервания на яркостта на звездата и след това изчакваме тя да потъмнее поради преминаващата планета. Степента на блокирана звездна светлина зависи от радиуса на планетата: например, Юпитер би направил Слънцето само с 1% по-тъмно за извънземни наблюдатели, докато за Земята ефектът би бил сто пъти по-слаб.

Общо четири пъти повече екзопланети са открити с помощта на тази техника за транзит в сравнение с техниката „баркод“, известна като радиална скорост, която швейцарските астрономи използваха, за да забележат първата екзопланета преди 30 години. Това е техника, която все още се използва широко днес, включително и от нас, тъй като тя може не само да открие планета, но и да измери нейната маса.

Планета, обикаляща около звезда, упражнява гравитационно привличане, което кара звездата периодично да се клатушка напред-назад – което означава, че тя периодично ще променя скоростта си спрямо наблюдателите на Земята. С техниката на радиалната скорост ние правим многократни измервания на скоростта на звезда, търсейки стабилно периодично клатушкане, което показва наличието на планета.

Тези промени в скоростта обаче са изключително малки. За да го поставим в перспектива, Земята кара Слънцето да променя скоростта си само с 9 см (3,5 инча) в секунда – по-бавно от костенурка. За да открием планети с техниката на радиалната скорост, трябва да измерим тези малки промени в скоростта на звезди, които са на много, много трилиони мили разстояние от нас.

Най-съвременните инструменти, които използваме, са истинско инженерно постижение. Най-новите спектрографи, като Harps-N и Espresso, могат точно да измерват промени в скоростта от порядъка на десети от сантиметра в секунда – макар че все още не са достатъчно чувствителни, за да открият истински близнак на Земята. 

Но докато тази техника за радиална скорост засега е ограничена до наземни обсерватории и може да наблюдава само една звезда в даден момент, техниката за транзит може да се използва в космически телескопи като френския Corot (2006-14) и мисиите Kepler (2009-18) и Tess (2018-до момента) на НАСА. Заедно с тях космическите телескопи са открили хиляди екзопланети в цялото им разнообразие, възползвайки се от факта, че можем да измерваме звездната яркост по-лесно от космоса и за много звезди едновременно. 

Въпреки разликите в процента на успех при откриване, и двете техники продължават да се развиват. Прилагането и на двете може да даде радиуса и масата на планетата, отваряйки много повече възможности за изучаване на нейния състав.

За да оценим възможния състав на откритите от нас екзопланети, започваме с опростеното предположение, че малките планети, подобно на Земята, са съставени от тежко, богато на желязо ядро, по-лека скалиста мантия, известно количество повърхностни води и малка атмосфера. 

Използвайки нашите измервания на маса и радиус, вече можем да моделираме различните възможни композиционни слоеве и съответната им дебелина. Това все още е процес на разработка, но Вселената ни глези с голямо разнообразие от различни планети. Виждали сме доказателства за разкъсване на скалисти светове и странни планетарни подредби, които намекват за минали сблъсъци. Планети са открити в цялата ни галактика, от Sweeps-11b в централните ѝ области (на близо 28 000 светлинни години разстояние, една от най-отдалечените, открити някога) до тези, които обикалят около най-близкия ни звезден съсед, Проксима Кентавър, която е „само“ на 4,2 светлинни години разстояние.

Търсейки „друга Земя“

В началото на юли 2013 г. аз (Кристофър Уотсън) летях до Ла Палма за първия си „пробен“ тест с нашия наскоро пуснат в експлоатация спектрограф Harps-N. За да не се объркам, лаптопът ми беше залят с електронни таблици, диаграми, ръководства, слайдове и други бележки. Включваше и тристраничен документ, който току-що ми беше изпратен, озаглавен: „Специални инструкции за ToO“ (Цел на възможностите).

Първият параграф гласеше: „Изпълнителният съвет реши, че трябва да дадем най-висок приоритет на този обект“. Въпросният обект беше планетарен кандидат, за който се смяташе, че обикаля около Кеплер-78, звезда малко по-хладна и по-малка от нашето Слънце, разположена на около 125 светлинни години в посока на съзвездието Лебед. Няколко реда по-надолу прочетох: „4-8 юли бягане... Крис Уотсън“ със списък от 10 пъти за наблюдение на Кеплер-78 – два пъти на нощ, всеки път разделени от много специфични четири часа и 15 минути. Връщайки се към тези бележки, докато пишех тази статия, осъзнах, че името, посочено над моето, е на Дидие Келоз. Той обаче все още не беше получил Нобеловата си награда.

Планетарният кандидат беше идентифициран от космическия телескоп Кеплер, който имаше задачата да претърси част от Млечния път, за да търси екзопланети, малки колкото Земята. В този случай той беше идентифицирал кандидат за транзитна планета с приблизителен радиус от 1,16 (± 0,19) земни радиуса. Потенциално беше забелязана екзопланета, не много по-голяма от Земята. 

Бях в Ла Палма, за да използвам техниката на радиалната скорост, за да се опитам да измеря масата му, което, комбинирано с радиуса от Кеплер, би позволило да се ограничат плътността и евентуалният състав на кандидат-планетата. Поглеждайки бележките си от онова време, бях написал: „Искам 10% грешка в масата, за да получа достатъчно добра обемна плътност, за да различа подобна на Земята, концентрирана с желязо (живак) или вода.“

Като цяло, направих 10 от общо 81 експозиции на Kepler-78, направени от нашия екип, по време на наблюдателна кампания, продължила 97 дни от началото до края. През това време разбрахме за екип, воден от САЩ, който също търси потенциалната планета. В истински научен дух беше постигнато споразумение да представим независимите си открития едновременно и едновременно да ги разкрием един на друг. На определената дата, подобно на размяна на затворници, двата независими екипа си размениха резултати, които се съгласиха. В рамките на несигурността на нашите данни, ние стигнахме до едни и същи заключения относно масата на планетата. 

Най-вероятната маса на планетата се оказа 1,86 от тази на Земята. По това време това правеше Kepler-78b най-малката екстрасоларна планета с точно измерена маса. Плътността беше почти идентична с тази на Земята.

Но дотук приликите с нашата планета свършваха. Kepler-78b има „година“, която трае само 8,5 часа. Ето защо инструкциите ми бяха да я наблюдавам на всеки 4 часа и 15 минути – времената, когато планетата е била на противоположните страни на орбитата си и следователно, когато разликата в индуцираното колебание на звездата е била най-голяма. Звездата се клатушка напред-назад с около 2 м в секунда – не повече от бавно подскачане.

Късата орбита на Kepler-78b означаваше, че екстремната му температура би довела до топене на всички скали на планетата. По това време тя може би е била най-подобната на Земята планета по размер и плътност, но иначе този адски лава свят е бил в самите крайности на познатото ни планетарно население.

През 2016 г. космическият телескоп Кеплер направи още едно забележително откритие: система с поне пет транзитни планети около звезда, подобна на Слънцето, HIP41378, в съзвездието Рак. Това, което го направи особено вълнуващо, беше местоположението на тези планети: докато повечето транзитни планети, които сме забелязали, са по-близо до звездата си, отколкото Меркурий до Слънцето (поради нашите възможности за откриване), тази система има поне три планети извън орбиталния радиус на Венера.

Екипът споделя, че след като са решили да използват техния спектрограф Harps-N, за да измерят масите на всичките пет транзитиращи планети, след повече от година наблюдения станало ясно, че един инструмент няма да е достатъчен за анализ на тази трудна комбинация от сигнали. Други международни екипи стигнали до същото заключение и вместо да се състезават, решили да се обединят в глобално сътрудничество, което е силно и до днес, със стотици данни за радиалните скорости, събрани в продължение на много години.

Вече имаме твърди маси и радиуси за повечето планети в системата. Но изучаването им е игра на търпение: с планети, много по-далеч от своята звезда, отнема много повече време, преди да има ново транзитно събитие или периодичното колебание да може да бъде напълно наблюдавано. Следователно, трябва да чакаме няколко години и да съберем много данни, за да получим представа за тази система.

Светият Граал за изследователите на екзопланети 

След три десетилетия наблюдения се появиха множество различни планети. Започнахме с горещите Юпитери, големи газови гиганти близо до звездата си, които са сред най-лесните за откриване планети поради по-дълбоките си транзити и по-големите сигнали за радиална скорост. Но докато първите десетки открити екзопланети са били горещи Юпитери, сега знаем, че тези планети всъщност са много редки. 

С подобряването на инструментите и натрупването на наблюдения, оттогава открихме цял нов клас планети с размери и маси между тези на Земята и Нептун. Но въпреки познанията ни за хиляди планети извън Слънчевата система, все още не сме открили системи, наистина наподобяващи Слънчевата система, нито планети, наистина наподобяващи Земята.

Изкушаващо е да се заключи, че това означава, че сме уникална планета в уникална система. Макар че това все още може да е вярно, е малко вероятно. По-разумното обяснение е, че въпреки цялата ни звездна технология, възможностите ни за откриване на подобни на Земята планети са все още доста ограничени в една толкова изумително обширна Вселена.

Светият граал за много изследователи на екзопланети, включително и за нас, остава да открием този истински близнак на Земята - планета с подобна маса и радиус като тези на Земята, обикаляща около звезда, подобна на Слънцето, на разстояние, подобно на това колко далеч сме ние от Слънцето.

Въпреки че Вселената е богата на разнообразие и притежава много планети, различни от нашата, откриването на истински близнак на Земята би било най-доброто място да започнем търсенето на живот, какъвто го познаваме. В момента методът на радиалната скорост – използван за откриването на първата екзопланета – остава най-подходящият метод за откриването му.

Тридесет години след това откритие, наградено с Нобелова награда, пионерът в планетарния изследовател Дидие Келоз поема ръководството на първата специална кампания за радиална скорост в търсене на планета, подобна на Земята. 

Голямо международно сътрудничество изгражда специален инструмент, Harps3 , който ще бъде инсталиран по-късно тази година на телескопа „Исак Нютон“ на Ла Палма. Предвид възможностите му, смятаме, че десетилетие данни би трябвало да е достатъчно, за да открием най-накрая първия ни близнак на Земята.

Освен ако не сме уникални, все пак.

Пиян се прибира и вика: – Женоо, къде си? – Тук съм! – А, добре. Само проверявам дали съм у нас!
Прочети целия
Обратно в сайта X

ДОСТЪП ЗА ЛОГНАТИ ПОТРЕБИТЕЛИ За да пишете, оценявате или докладвате коментари, моля логнете се в профила си.

  1. Запомни ме
забравена парола Полетата маркирани с * са задължителни
Полето Потребителско име не трябва да е празно.
Полето E-mail не трябва да е празно.
Полето Парола не трябва да е празно.
Полето Повторете паролата не трябва да е празно.
  1. Декларирам, че съм се запознал с Общите условия за ползване на услугите на Нетинфо.
Полетата маркирани с * са задължителни
Президентът Румен Радев назначи посланици в Белгия, Нидерландия и Казахстан

Президентът Румен Радев назначи посланици в Белгия, Нидерландия и Казахстан

България Преди 16 минути

Според Конституцията държавният глава назначава ръководителите на дипломатическите представителства по предложение на МС

Храни за млада и здрава кожа: Как да стимулирате производството на колаген естествено

Храни за млада и здрава кожа: Как да стимулирате производството на колаген естествено

Любопитно Преди 17 минути

Колагенът е изграден от аминокиселини, което прави приема на протеини изключително важен

Американски съд постанови: Тръмп може да изпрати военни в Портланд

Американски съд постанови: Тръмп може да изпрати военни в Портланд

Свят Преди 2 часа

Магистратите смятат за вероятно президентът да е упражнил законно правомощията си

OpenAI стана "твърде голяма, за да се срине"

OpenAI стана "твърде голяма, за да се срине"

Технологии Преди 2 часа

Компанията старателно се вплита в ИТ гигантите и техните бизнеси

Подвиг на Калин изведе Феномените до Резиденцията в “Игри на волята”

Подвиг на Калин изведе Феномените до Резиденцията в “Игри на волята”

Любопитно Преди 8 часа

Непримиримият Мирослав осигури Стопанството за Завоевателите

Две групи работници ще са най-търсени у нас следващите години

Две групи работници ще са най-търсени у нас следващите години

България Преди 10 часа

Поколението Z проминя пазара на труда, казва експерт

Лавров и Рубио са провели "конструктивен" разговор

Лавров и Рубио са провели "конструктивен" разговор

Свят Преди 10 часа

Говорител на държавният секретар на САЩ заяви, че целта на днешния разговор е била да се постигне "трайно решение на руско-украинската война

След повторно преброяване на протоколите се пренареди общинския съвет в Пазарджик

След повторно преброяване на протоколите се пренареди общинския съвет в Пазарджик

Свят Преди 10 часа

От Общинската избирателна комисия в Пазарджик съобщават още, че са изпратили становище до ЦИК по случая

<p>Президентът Радев назначава трима нови посланици</p>

Президентът Радев назначава нови посланици в Белгия, Нидерландия и Казахстан

България Преди 11 часа

Астана е една от столиците, за които от правителството се оплакаха, че Радев не разписва указ и така бави назначаването на нов посланик

<p>Стармър призовава Запада да &quot;парализира военната машина&quot; на Путин</p>

Киър Стармър призовава Запада да "парализира военната машина" на Путин

Свят Преди 11 часа

Стармър и представители на страните от т.нар. "Коалиция на желаещите" ще се срещнат в Лондон

Пищна сватба на дъщерята на висш ирански представител предизвика възмущение

Пищна сватба на дъщерята на висш ирански представител предизвика възмущение

България Преди 11 часа

Разкошната церемония в страна, потънала в икономическа криза, предизвика също така и много критики в интернет

<p>Ето кой грабна наградата Лекар на годината 2025&nbsp;</p>

Проф. Николай Габровски е лекар на годината за 2025 г.

България Преди 12 часа

Наградата беше връчена на проф. Габровски от вицепрезидента Илияна Йотова

Италианска бизнесдама почина след пластична операция в Турция

Италианска бизнесдама почина след пластична операция в Турция

Свят Преди 12 часа

Починалата бизнесдама е имала и две дъщери

Доц. Борислав Цеков: Ходът на ДПС е стратегически печеливш, кризата е в опозицията

Доц. Борислав Цеков: Ходът на ДПС е стратегически печеливш, кризата е в опозицията

България Преди 12 часа

Според преподавателя по конституционно право отказът на ДПС от постове им дава възможност да подкрепят, но и да критикуват управлението