Radi bi našli drug planet, kot je Zemlja. Ne ravno tako kot Zemlja; to je nekako smešno in verjetno malo bolj znanstvena fantastika kot znanost. Kaj pa, če bi našli dovolj podobnega Zemlji, da bi se spraševali?
Kako bi ga lahko našli? Napredujemo od ene misije iskanja planetov do druge in sestavljamo seznam planetov, ki so lahko »podobni Zemlji« ali »potencialno bivalni«. Kmalu bomo imeli vesoljski teleskop James Webb in njegovo sposobnost preučevanja atmosfere eksoplanetov za znake življenja in bivanja.
Toda ena nova študija se osredotoča na eksomune in vlogo, ki jo imajo pri bivanju planeta. Če najdemo luni podobno eksomuno v stabilni orbiti okoli svojega planeta, bi lahko bil to dokaz, da je sam planet bolj podoben Zemlji? Mogoče, vendar še nismo tam.
Znanstveniki verjamejo, da je stabilen odnos med Zemljo in Luno del tega, zaradi česar je Zemlja primerna za bivanje. Prvič, Luna ohranja stabilen aksialni nagib Zemlje, kar neguje stabilno podnebje. Raziskovalci tudi vedo, da lahko številni dejavniki motijo dolgoročno stabilnost planeta in lune. V časopisu ' Exomoons v sistemih z močnim motečem: aplikacije za ? Cen AB ” avtorji raziskujejo orbitalne odnose med lunami, njihovimi planeti in zvezdami. Glavni avtor je Billy Quarles, astrofizik in planetarni dinamik iz Georgia Tech. Članek je objavljen v The Astrophysical Journal.
V našem lastnem Osončju je veliko več lun kot planetov. Na planet je v povprečju 20 lun, predvsem zahvaljujoč Jupitru in Saturnu ter njunim skupnim 160+ lun. Merkur in Venera nimata nobenega, Zemlja ima samo enega, Mars pa le dva, ki sta verjetno ujeta asteroida.
Toda naš sončni sistem ni reprezentativen za druge sisteme. Naša ima samo eno zvezdico. Ko pogledamo v nočno nebo, je več kot 80 % svetlobnih točk, ki jih vidimo, pravzaprav par zvezd ali več, združenih skupaj. Binarni zvezdni sistemi lahko gostijo planete, planeti pa lahko krožijo okoli teh sistemov na dva načina. Circumstellar pomeni, da planet kroži samo po eni od zvezd, in circumbinary pomeni, da planet kroži okoli obeh zvezd.
Prejšnje raziskave, vključno z nekaterimi vodilnega avtorja te študije Billyja Quarlesa, so pokazale, da lahko orjaški okrogli planeti gostijo eksomune. Toda enako ni bilo ugotovljeno za okolizvezdne planete v več zvezdnih sistemih. To je del namena te študije.
Raziskovalci so se osredotočili na našega najbližjega zvezdnega soseda, sistem Centauri. Centauri je oddaljen 'le' 4,37 svetlobnih let, kar je v astronomskem smislu blizu. Toda tudi na tej razdalji je planete težko zaznati. In lune? Skoraj nemogoče.
'Vemo, da so tam,' je dejal soavtor študije Siegfried Eggl v izjava za javnost . »Le bolj moramo pogledati. Ker pa jih je tako težko videti, smo ugotovili način, kako jih zaznati prek učinka, ki ga imajo na planet, z uporabo časovnih sprememb tranzita.
'Vemo, da planeti, zvezde in lune v našem sončnem sistemu delujejo gravitacijsko kot velikanska družabna igra,' je dejal Eggl. »Luna plimno vpliva na Zemljo in upočasnjuje lastno vrtenje, a tam je tudi Sonce, ki vleče oboje. Druga zvezda bi delovala kot še en zunanji moteč v sistemu.'
Raziskovalci so uporabili variacijo tranzitnega časa (TTV) za iskanje lun v sistemu Alpha Centauri. Alpha Centauri je trojni zvezdni sistem in vsaj dva planeta, ki oba krožita okoli zvezde Proxima Centauri. Proxima Centauri je rdeča pritlikavka in dva planeta sta Proxima Centauri b in Proxima Centauri c. PC b je zemeljski planet približno 1,17 zemeljske mase, PC c pa je super-Zemlja ali morda mini-Neptun.
Ta infografika primerja orbito planeta okoli Proksime Kentavra (Proksima b) z isto regijo Osončja. Proxima Centauri je manjša in hladnejša od Sonca, planet pa kroži veliko bližje svoji zvezdi kot Merkur. Zaradi tega leži dobro znotraj bivalnega območja, kjer lahko na površini planeta obstaja tekoča voda. Zasluge slike: Palereddot.org
The TTV metoda meri drobne vleke, ki jih telesa izvajajo med seboj, ko opravljajo svoje orbitalne posle. Najpogosteje se uporablja za iskanje eksoplanetov. Ko planet preide pred svojo zvezdo, se zvezdna svetloba z naše perspektive nekoliko zatemni. Če na planet deluje drug predmet, bo čas zatemnitve zvezdne svetlobe spremenljiv.
Če ima planet luno, bo luna na planet delovala z majhno silo, zaradi česar bo planet nekoliko nihal. To nihanje je lahko dovolj za spremembo časa zvezdne svetlobe, ki jo blokira planet. Merjenje teh majhnih sprememb je v središču TTV.
V sistemu, kot je Alpha Centauri, z več planeti in zvezdami, se veliko dogaja in veliko vlačilcev, ki jih je treba rešiti. Planeti v AC so v krožni orbiti, kar pomeni, da so orbite bolj eliptične kot na primer Zemljine. Nekatere časovne razlike so torej posledica planeta in njegove eliptične orbite. Druge časovne razlike so lahko posledica eksomunov.
Če lahko opazovalci ugotovijo, katere časovne variabilnosti so posledica eksomunov, potem lahko sklepajo o nekaterih lastnostih planeta in njegove lune. 'To je posreden dokaz lune, ker ni nič drugega, kar bi lahko na tak način vleklo planet,' je dejal Eggl.
Težko je izluščiti vse spremenljivke v sistemu z več zvezdicami, kot je Alpha Centauri. Eliptične orbite to otežujejo, ker se lahko planet in njegova luna(-e) premikata z različnimi hitrostmi. »Ko imajo lune in planeti rahlo eliptične orbite, se ne premikajo vedno z enako hitrostjo. Bolj ekscentrična kot je orbita, več frekvenc se lahko vzbudi, in vidimo, da te resonance postajajo vse pomembnejše,« je dejal Eggl.
Ta umetnikov vtis prikazuje planet Proxima b, ki kroži okoli rdeče pritlikave zvezde Proxima Centauri, najbližje zvezde Osončju. Dvojna zvezda Alpha Centauri AB se pojavi tudi na sliki med planetom in samo Proksimo. Proxima b je nekoliko bolj masivna od Zemlje in kroži v bivalnem območju okoli Proxima Centauri, kjer je temperatura primerna za obstoj tekoče vode na njeni površini. Zasluge: ESO/M. Kornmesser
Na neki točki se lahko resonance prekrivajo in naredijo celoten sistem nekako kaotičen. Toda tudi v kaosu bi moralo biti nekaj obdobij stabilnosti. »V nekem trenutku se bodo pojavile prekrivajoče se resonance, ki lahko privedejo do kaosa v sistemu. V naši študiji pa smo pokazali, da obstaja dovolj stabilnih 'nepremičnin', da si zaslužijo temeljito iskanje lun okoli planetov v sistemih z dvojnimi zvezdami,« je dejal soavtor Eggl.
Ta študija je namenjena stabilni nepremičnini v orbiti planeta v sistemu treh teles, kjer sta dve zvezdi in planet. Kjer je planet stabilen, obstaja še ena ugnezdena hierarhija treh teles med dvojno zvezdo, planetom in njegovo luno. Še več: 'Poleg tega sekundarna zvezda kroži okoli središča mase sistema treh teles na takšni razdalji, da planetarna orbita ostane stabilna, da ustvari hierarhično konfiguracijo štirih teles,' pišejo avtorji. Avtorji pravijo, da lahko na celotno ureditev gledate kot na dva problema treh teles, ki sta par skupaj.
Vodilni avtor Quarles je uporabil morske oseke tukaj na Zemlji, da bi pojasnil svoja prizadevanja. »Glavna razlika pri binarnih sistemih je, da zvezda spremljevalka deluje kot plima na plaži, kjer občasno pride in odseka obalo. Z bolj ekscentrično binarno orbito se odstrani večji del stabilnih 'nepremičnin'. To nam lahko zelo pomaga pri iskanju lun v drugih zvezdnih sistemih.'
Eno od osrednjih vprašanj v ozadju tega dela ni samo prepoznavanje eksomunov, temveč tudi določanje njihove dolgoživosti. Dolgoživost lune lahko pripomore k dolgoročni bivalnosti planeta. To se je zgodilo tukaj na Zemlji. Toda obstaja veliko razlogov, zakaj se luna lahko izvrže ali pobegne iz orbitalnega oprijema svojega planeta. Ekscentrične orbite v binarnem zvezdnem sistemu so eden od glavnih razlogov. Ena od zvezd v binarnem sistemu deluje kot moteč in odžene luno stran od svojega planeta.
Luna ima veliko vlogo pri bivalnosti Zemlje. Enako verjetno velja tudi za druge sončne sisteme. Zasluge za sliko: NASA SVS/Ernie Wright
Znanstveni modeli kažejo, da lahko razpršitev plimskih sil med planetom in njegovo luno osvobodi satelit svojega planeta gostitelja. Ko je ekipa uporabila te modele v sistemu Alpha Centauri, je ugotovila, da zvezda Alpha Centauri A deluje kot pertuber in vodi do večje ekscentričnosti v orbiti Zemlji podobnega planeta Alpha Centauri B. To lahko privede do kakršne koli lune, ki kroži okoli planet postaja nestabilen v časovnih okvirih 10 Gyr. Ampak ne vedno. Ugotovili so tudi, da lahko eksomune prenesejo nekatere ekscentrične sile in ostanejo stabilne.
Kaj torej vse to pomeni? do česa vodi?
S preučevanjem TTV analognega planeta Zemlja v Alpha Centauri je ekipa razvila omejitve glede tega, kako bi lahko izgledala konfiguracija Zemlja-Luna v drugih binarnih sončnih sistemih. TTV za kombinacijo Zemlja-Luna v drugih sistemih bi lahko bila zelo majhna. Lahko bi bil tako majhen kot nekateri TTV-ji, ki jih je zaznala misija Kepler v oddaljenih sončnih sistemih. Nekatere od teh zaznav so verjetno astronomski hrup, nekatere so verjetno dokaz eksomunov.
Iskanje eksomunov in razumevanje njihove dolgoživosti bi se lahko izkazalo za kritično metodo za ocenjevanje potencialne bivalnosti planetov, prav tam zgoraj s položajem planeta v bivalnem območju zvezde.
'Če lahko s to metodo pokažemo, da obstajajo še druge lune, potem verjetno obstajajo tudi drugi sistemi, podobni našemu,' je dejal Quarles. »Luna je verjetno tudi kritična za razvoj življenja na našem planetu, saj brez lune nagib Zemljine osi ne bi bil tako stabilen, kar bi škodilo stabilnosti podnebja. Druge recenzirane študije so pokazale povezavo med lunami in možnostjo kompleksnega življenja.'
Več:
- Izjava za javnost: Zemlji podobni planeti v drugih sončnih sistemih? Poiščite lune.
- Objavljena raziskava: Exomoons v sistemih z močnim motečem: aplikacije za ? Cen AB
- Vesolje danes: Najden prvi Exomoon! Luna v velikosti Neptuna, ki kroži okoli planeta velikosti Jupitra
