Mais recentemente, comentamos sobre a descoberta do Proxima b, um planeta que se tornou uma cereja no topo de um bolo exoplanetário. E em 22 de fevereiro de 2017, com alarde, foi anunciada a descoberta de três planetas ao mesmo tempo na zona habitável de outra anã vermelha - TRAPPIST-1. Esse sistema é quase dez vezes mais longe do que Proxima Centauri, mas há pelo menos duas circunstâncias que fazem dele a segunda cereja do bolo nos últimos meses. Isto:
- há três planetas na zona habitável ao mesmo tempo, isso aumenta a probabilidade de que pelo menos um deles seja adequado para a vida;
- esses planetas, ao contrário de Proxima b, são transitórios, ou seja, passam pelo disco da estrela para um observador terrestre, o que facilita muito a observação de suas atmosferas.
Algumas palavras sobre a história da sensação. O sistema foi descoberto em 2015 pelo pequeno telescópio belga TRAPPIST. O nome - Transiting Planets e Planetesimals Small Telescope South - foi feito sob medida para a marca de cerveja belga. O telescópio está localizado no Chile, no Observatório La Silla do Observatório Europeu do Sul.
Com sua ajuda, três planetas de trânsito foram descobertos perto da fria anã vermelha 2MASS J23062928-0502285 [1], que recebeu o segundo nome, mais humano, TRAPPIST-1 - este foi o primeiro sistema planetário descoberto por este telescópio. Em seguida, o sistema foi observado pelo telescópio europeu VLT (Very Large Telescope) e, finalmente, graças aos dados do telescópio espacial infravermelho Spitzer da NASA, o sistema foi "desembaraçado" e descobriu-se que havia sete planetas. Na verdade, a última etapa foi a entrevista coletiva da NASA em 22 de fevereiro.
Figura: 1. Curva de luz da estrela TRAPPIST-1 durante a sessão de 20 dias do telescópio espacial Spitzer. Pontos verdes - observações com telescópios terrestres. Vertical - a luminosidade da estrela no momento em relação à luminosidade média. Os diamantes marcam os trânsitos de planetas específicos. As ejeções de pontos para cima são mais provavelmente flares estelares. Existe apenas um trânsito do planeta h. Seu período e raio orbital são estimados a partir da duração de um único trânsito (ver Fig. 2)
Figura: 2. Curvas de luz da estrela durante os trânsitos de cada um dos sete planetas
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A zona habitável inclui os planetas e, f, g, embora à primeira vista o planeta d seja mais adequado para a intensidade de aquecimento do que g. Isso requer uma discussão bastante complexa com estimativas do possível efeito estufa, incluindo muitas incertezas. Claro, o conceito de zona habitável é muito arbitrário.
Não importa como definimos a zona habitável, existem sérios problemas com a real adequação à vida de cada um desses planetas. Mesmos problemas que Proxima b. Eles estão associados à natureza das anãs vermelhas.
1. Estas são estrelas com atividade magnética muito violenta. Eles têm uma espessa camada de convecção. Ao contrário do Sol, onde o calor é transferido para fora principalmente por difusão de fótons, a convecção prevalece ali. O sol também tem convecção, por isso aparecem manchas, clarões, proeminências, e na Terra há tempestades magnéticas e auroras. Lá todos esses fenômenos são muito mais intensos.
2. A luminosidade dessas estrelas no início de sua biografia muda muito. Durante os primeiros milhões de anos, eles brilham dezenas ou até centenas de vezes mais brilhantes do que no estado estacionário.
3. A zona habitável das anãs vermelhas está tão perto da estrela que os planetas entram em um fechamento de maré: ou estão sempre voltados para a estrela com um lado ou o dia nelas é mais longo do que o ano (para o sistema TRAPPIST-1, a primeira opção é mais provável).
O que fazer, a natureza pela segunda vez em menos de um ano nos desliza exatamente esses sistemas planetários não muito encorajadores. Isso não é surpreendente - eles são muito mais fáceis de encontrar pelo método espectrométrico (é impossível detectar a Terra perto do Sol desta forma), eles são mais propensos a se tornarem transitórios e os trânsitos são mais contrastantes, finalmente, há mais anãs vermelhas do que amarelas e laranja.
Figura: 3. Trânsito simultâneo de três planetas. Curva de luz feita em 11 de dezembro de 2015 com o telescópio europeu VLT
Portanto, os dados do sistema TRAPPIST-1 encontrados (não apresentamos erros).
| Planeta | Raio de órbita | Período | Raio do planeta | Intensidade de aquecimento (em unidades terrestres) |
| b | AU 0,011 | 1,51 dias | 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 solar, raio -0,117 solar, luminosidade - 0,5103 solar, temperatura 2550K
Foi possível estimar aproximadamente as massas dos planetas - por causa de sua interação, os trânsitos são ligeiramente deslocados no tempo. Os erros na determinação da massa são grandes, mas já podemos concluir que a densidade dos planetas corresponde ao enchimento de rochas.
É claro que planetas semelhantes à Terra próximos a estrelas semelhantes ao Sol serão encontrados em um futuro próximo. Na verdade, vários desses planetas já foram encontrados nos dados do Kepler, mas eles estão muito distantes. É o suficiente para observar várias centenas de estrelas brilhantes no céu (o que está planejado nos próximos anos), e esses planetas serão descobertos dentro de cem anos-luz (e se você tiver sorte, ainda mais perto).
Na verdade, planetas confortáveis perto de estrelas confortáveis estão dentro de 15-20 anos-luz (isto segue das estatísticas obtidas pelo Kepler), mas para descobri-los, interferômetros espaciais são necessários, que não aparecerão em breve (ver [2]).
A esperança de que pelo menos um dos planetas seja adequado para a vida permanece. Eles poderiam inicialmente ter muita água - eles não poderiam se formar onde estão agora e tiveram que migrar para a estrela da periferia do disco protoplanetário - por causa da linha de neve, onde há muitos corpos de gelo. É verdade que eles migraram de volta à era em que a estrela era muito mais brilhante. Mas as estimativas feitas para Proxima b mostram que as hidrosferas dos planetas poderiam sobreviver a um calor abrasador de dezenas de milhões de anos.
O fechamento da maré não é fatal se o planeta tiver uma atmosfera densa e um oceano global - então a transferência de calor é capaz de suavizar a diferença de temperatura entre os hemisférios diurno e noturno.
Um problema mais sério é o sopro da atmosfera pelo vento estelar e pela forte radiação. Na coletiva de imprensa, foi dito que o astro está calmo agora. Isso é verdade se nos referimos à radiação térmica, mas não aos raios X: TRAPPIST-1 - medido diretamente pelo observatório espacial XMM - emite quase a mesma quantidade de raios X que o sol. Como os planetas estão dez vezes mais próximos da estrela do que a Terra do Sol, sua radiação de raios-X é três ordens de magnitude maior do que a da Terra.
Os raios X não representam uma ameaça direta à vida - são absorvidos pela atmosfera. O problema é a desidratação do planeta: os raios X e a luz ultravioleta dura quebram as moléculas de água - o hidrogênio evapora facilmente, o oxigênio se liga. Pior ainda, como há raios-X intensos, deve haver um vento estelar intenso - ele arranca as camadas externas da atmosfera. A única salvação neste caso é o campo magnético do planeta. Se esses planetas têm um campo forte o suficiente, é uma questão. Talvez haja.
Portanto, permanece a esperança de que alguns dos planetas do sistema TRAPPIST-1 sejam adequados para a vida. Essa esperança pode ser confirmada ou negada? É possível, e muito mais fácil do que no caso de Proxima b, em que se deve observar a radiação refletida ou a própria radiação térmica do planeta.
É muito difícil separá-lo da radiação da estrela. Aqui, as atmosferas dos planetas podem ser observadas à luz, o que é incomparavelmente mais fácil.
No caso de Proxima b, o novo telescópio espacial James Webb será capaz de mostrar algo apenas em casos extremos: um hemisfério está quente, o outro está congelado. No caso do TRAPPIST-1, é realista ver linhas de absorção nas atmosferas dos planetas. Ou coloque algumas restrições no topo. Uma dessas limitações já foi definida: os planetas internos não têm densas atmosferas de hidrogênio.
Figura: 4. Diagrama das órbitas do sistema TRAPPIST-1. A zona habitável está marcada em cinza. Círculos pontilhados - é uma interpretação ligeiramente diferente
Existe uma possibilidade teórica de que James Webb descobrirá vida em um desses planetas? O marcador mais eloquente da vida é o oxigênio. É totalmente detectável como ozônio e O2. Outra coisa é que alguma quantidade de oxigênio pode ser formada, por exemplo, devido à dissociação das moléculas de água pela forte radiação de uma estrela. Estimar quanto oxigênio é um marcador confiável não é fácil. É necessário saber a taxa de dissociação e a taxa de ligação do oxigênio - existem muitas incertezas. Mas se há tanto oxigênio quanto na Terra, não há para onde ir: só a vida pode dar isso. Se houver pouco oxigênio, isso não significa que não haja vida: havia pouco oxigênio na Terra durante os primeiros dois bilhões de anos de vida.
Em conclusão, gostaria de expressar meu pesar que a Rússia tenha ignorado o estudo dos exoplanetas. Existem indivíduos e empregos individuais, mas nada mais. Mas esta área não requer instalações gigantescas - em vez disso, massa cinzenta e perseverança do que nossa ciência sempre foi capaz de se orgulhar. Alguma esperança é dada pelo projeto russo Millimetron - um telescópio espacial criogênico com espelho de 10 metros: no projeto, o estudo de exoplanetas é um dos primeiros pontos. No entanto, este é um tópico para uma publicação separada.
Boris Stern, astrofísico, Ph. D. fisica -esteira. ciências, liderado. científico. sotr. Instituto de Pesquisa Nuclear RAS (Troitsk)
