Billedkredit: John Rowe
Søgningen efter jordlignende planeter begynder med søgningen efter sollignende stjerner. Astronom Maggie Turnbull blev bedt om at lave en kort liste med tredive kandidatstjerner, der tæt matchede vores egen sol ud af en samlet liste 2.350 stjerner, der er inden for hundrede lysår fra os. Denne korte liste, inklusive 37 perler, vil blive brugt af Terrestrial Planet Finder-missionen, som vil søge efter beboelige planeter ved at lede efter det synlige lys af ilt eller vand i en jordlignende planet - et sikkert livstegn.
Den tredive syvende mest vestlige stjerne i stjernebilledet, Gemini, er en gul-orange stjerne som vores egen sol. Stjernen kaldes 37 Geminorum, men for astrofysiker Margaret Turnbull er stjernen speciel, fordi den tilbyder et casestudie til at overveje, hvad der kan betragtes som en god kandidat til at huse beboelige planeter.
Når hun bygger sin liste over stjerner, der muligvis understøtter planeter med flydende vand og ilt, er hun nødt til at udelukke solskin, der er ekstreme: enten for ung eller for gammel, der roterer for hurtigt, eller som er variabel nok i lysstyrke til at forårsage klimatisk kaos på enhver nærliggende verden.
I en afstand af 56,3 lysår væk har stjernen 37 Gem endnu ikke vist fortællende tegn på at have sådanne planeter eller andre planeter - men fremtidige NASA og europæiske teleskoper ser efter at målrette stjerner lige som 37 Gem, da de måske deler nogle af de samme egenskaber, som gjorde vores eget solsystem beboeligt. Mere end 100 ekstrasolære planeter er hidtil fundet ved hjælp af jordbaserede teleskoper, og estimater for det samlede antal sådanne planeter i vores galakse kan udgøre i milliarder af kandidatverdener.
Arbejdende fra University of Arizona i Tucson blev Maggie Turnbull bedt om at lave en kort liste over tredive stjernekandidater, der mest lignede andre soler, der var i stand til at støtte betingelserne for, at livet kan blomstre. At starte sin søgning blandt stjerner mindre end hundrede lysår væk gav ca. 2.350 stjerner til at overveje yderligere.
Turnbull præsenterede for nylig sine resultater for en gruppe forskere fra NASAs rumteleskop-projekt, Terrestrial Planet Finder (TPF), som vil søge efter beboelige planeter ved at bruge synligt lys med "signatur" af vand og / eller ilt fra en jord- type planet. Efter TPFs planlagte lancering omkring 2013, følger det europæiske Darwin-projekt, der involverer seks rumteleskoper.
Stjernelisten blev pareret ned fra en endnu større liste (17.129 stjerner inden for 450 lysår eller 140 parsecs), som Turnbull og rådgiver Jill Tarter fra SETI Institute først offentliggjorde i Astrophysical Journal. Listen blev kendt som kataloget over nærliggende beboelige stjernesystemer (eller HabCat). Deres artikel, der blev offentliggjort i august, med titlen "Målvalg for SETI: I. Et katalog over nærliggende beboelige stjernersystemer", udvidede tidligere kandidatlister med næsten ti gange eller en størrelsesorden.
For at understøtte det komplekse liv skal en kandidatstjerne have den rigtige farve, lysstyrke og alder. Hvis det er en middelaldrende stjerne som vores egen, vil den have brændt igennem nok smeltebare elementer til at producere tungere metaller som jern, men ikke så gammel, at den kollapser eller så ung, at livet kun er et langt fremtidsudsigt. Baseret på hvilke fragmenter vi kender til, hvordan komplekst liv optrådte på Jorden, sigter Turnbulls søgning efter at finde 'Guldlåse' af stjerner, der synes 'helt rigtige'.
Så hvorfor 37 perle?
37 Geminorum ligger i den nordvestlige del af stjernebilledet Gemini, opkaldt efter tvillingerne. For amatørastronomer med et godt baghaveteleskop er 37 perler synlige. I græsk mytologi sejlede Gemini-tvillingerne med Jason i jakten på den gyldne fleece; under en storm hjalp tvillingerne med at redde deres skib ARGO fra at synke, og derfor blev stjernebilledet meget værdsat af sejlere.
De fleste stjerner som Gem 37 er grupperet i et lille antal spektralklasser, baseret omtrent på den farve på lys, de udsender. Stjernekompendiet kaldes Henry Draper Catalogue, og viser spektralklasser i syv brede kategorier, fra de hotteste til de fedeste stjerner. Disse typer betegnes i rækkefølge af faldende temperatur med bogstaverne O, B, A, F, G, K og M. Nomenklaturen er forankret i længe forældede ideer om stjernernes udvikling, men terminologien er stadig. Vores sol, klassificeret i en finere skala som en typisk ‘G2V’ dværg, er cirka 4,5 milliarder år gammel. Kandidatstjernen, 37 Gem, er på samme måde middelaldrende, men noget ældre med en milliard år, 5,5 milliarder år.
Spektraerne af G-type stjerner som vores egne (og 37 perler) domineres af visse kemiske elementer, som signaliseret ved deres karakteristiske spektrallinjer (eller emissioner). Elementerne af mest aktuel interesse er metaller, især for de stjerne-signaturer, der er rige på jern, calcium, natrium, magnesium og titan. I astronomiske vendinger har 37 Gem sammenlignet med vores solklassificering som en typisk G2V-dværg en lidt varmere overfladetemperatur. Således er Turnbulls vigtigste pluk - 37 perler - katalogiseret som en G0V-dværg - hvilket betyder, at den også er en gul-orange hovedsekvens dværgstjerne. Fordi G-stjerner er kendetegnet ved tilstedeværelsen af disse metalliske linjer og et svagt brintspektre, deler de en fælles alder, masse og lysstyrke.
Ellers er 37 perler tæt på vores egen sol-tvilling, eller et Gemini-lignende modstykke til solen: 1,1 gange vores solmasse, 1,03 gange dens diameter og 1,25 gange dens lysstyrke.
Luminositeter er "måske den vigtigste information", fortalte Turnbull til Astrobiology Magazine, "vi bruger til at bestemme nærliggende stjerners levedygtighed for komplekst liv, fordi lysstyrke indikerer, hvilken livsfase stjernen er i, og som til gengæld dikterer, hvor lang tid stjerne forbliver stabil.
Astrobiology Magazine havde lejlighed til at tale med Maggie Turnbull på Steward Observatory i Tucson om, hvordan man vælger stjernekandidater til beboelsesevne.
Astrobiology Magazine (AM): Din nylige undersøgelse begyndte at se omkring 100 lys år langt væk fra vores sol, og alle stjerner indad fra denne radius, korrekt? Det var den visuelle sfære for start af søgningen?
Margaret Turnbull (MT): Der er omkring 2.350 Hipparcos-stjerner inden for 30 parsecs (90 lys
år), den maksimale afstand til Terrestrial Planet Finder (TPF) -missionen. Der er omkring 5.000 samlede stjerner inden for denne afstand, men vi ser kun på Hipparcos-stjerner, så min startliste er 2.350 stjerner lang.
ER: Har du nogensinde fået fat i et teleskop i baghaven for at se 37 Gem?
MT: Det skulle bestemt være synligt med et baghavet teleskop, men nej, jeg har ikke set det med mine egne øjne! På grund af den fotometri (måling af dens lysstyrke) og spektroskopi (måling af dens sammensætning), jeg har set på, føler jeg at jeg "kender" den uden nogensinde at have set den.
Der er dog mere opmærksomhed, der skal gøres for 37 Gem. For eksempel er vi nødt til at udføre højopløsnings-infrarød billeddannelse af denne stjerne, før vi kan sige, at det skal være et mål - hvis vi opdager, at der er en masse affald, der flyder rundt, bliver vi nødt til at fjerne det fra listen.
ER: Var stjernen, 37 perle, meget forskellig fra nummer to på listen over de tredive bedste kandidater?
MT: Faktisk ligner de "bedste" stjerner meget hinanden, og i virkeligheden giver det ikke meget mening at prøve at rangordne dem. 37 Perle er tilfældigvis en af de meget nærmeste stjerner, der også opfylder tekniske kriterier, så på dette tidspunkt ser det ud som en meget god kandidat til TPF-søgningen.
ER: Hvilken stjerne var officielt nummer to på listen lige ud af nysgerrighed?
MT: Når du kun skal se på tredive stjerner, er de alle bedre "nummer et." Det vil sige, at hver stjerne, vi observerer, skal være af primær interesse for missionen, fordi vi ikke har tid til at spilde. Vi er stadig i færd med at definere det primære missionsmål.
Hvis målet er at se på en række spektraltyper, kan de øverste stjerner muligvis indeholde meget nærliggende K- eller M-stjerner, men hvis målet er at se på 30 af de mest sollignende stjerner, er stjerner som 18 Sco (en solcelle) tvilling på 14 parsecs i Constellation Scorpius), beta CVn ("hunden") eller 51 Peg ("Pegasus", den flyvende hest) kan ende med at blive vores bedste spil.
ER: Er der et eller to stykker manglende data, der kan hjælpe klassifikationen med at blive bedre på stjernekandidater?
MT: På dette tidspunkt er højopløsnings-infrarød billeddannelse det manglende stykke data, som vi bestemt har brug for. Vi er nødt til at vide, om disse stjerner har støvede affaldsskiver, der ville gøre det svært at opdage planeter, der kredser der.
Solen har en betydelig mængde zodiacal støv, fordi Jupiter konstant omrører asteroidebæltet, og når asteroiderne kolliderer tilføjer de støv til solsystemet.
Et lignende støvniveau omkring andre stjerner ødelægger muligvis ikke vores chancer for at se planeter, men vi vil bestemt gerne holde det til et minimum.
ER: Hvad er dine fremtidige planer for stjernernes liste til støtte for Terrestrial Planet Finder og Darwin-missionerne?
MT: Jeg har endnu ikke præsenteret min 'endelige' liste til TPF's videnskabsarbejdsgruppe den 18. og 19. november på US Naval Observatory, under et møde med andre, der opretter deres egne lister.
Jeg har allerede præsenteret min metodologi for gruppen, men nu mødes vi med ingeniører, der vil forklare os instrumentets begrænsninger, og vi bliver nødt til at forfine listen yderligere for at imødekomme deres kriterier.
Deres kriterier vil omfatte ting som: kan ikke have en ledsagerstjerne inden for flere buesekunder, selvom ledsageren ikke er bekymret for planetstabilitet, fordi det ekstra lys forurener synsfeltet; kan ikke se på svagere stjerner end omkring 6. størrelse; kan kun se på stjerner mindst ~ 60 grader væk fra solen i løbet af hele året osv.
ER: Du offentliggjorde din første katalog over beboelige stjerner i august i år, og der er en del to til den klassificering. Hvad er hovedplanerne for del II af HabCat?
MT: Jill Tarter og jeg har for nylig indsendt et andet papir på SETI-mållisten, der vises i Astrophysical Journal Supplements i december. Dette papir giver en liste over gamle åbne klynger med høj metallicitet, de nærmeste 100 stjerner uanset stjernetype og omkring 250.000 stjerner i hovedsekvensen fra Tycho-kataloget, som alle vil blive observeret af Allen Telescope Array (ATA), når en HabCat stjerne er ikke tilgængelig for os at observere.
Den primære ATA-stråle vil blive peget af radioastronomer, og de laver kort med meget høj opløsning af deres egne mål, mens vi samtidig ser HabCat-stjerner (eller stjerner fra vores lister i papir 2) for SETI.
EREndelig planlægger missionerne, Kepler og TPF, de slags forbedringer, der ville give en detektion af flere jordstørrede planeter, ikke kun gasgiganter, for en given stjerne i deres undersøgelser?
MT: Ja. Kepler vil give os en indikation af, hvordan almindelige jordiske planeter er ved at se tusinder af sollignende stjerner for "transitter" - begivenheder, hvor planeten faktisk passerer foran stjernen, den kredser rundt og midlertidigt blokerer lidt af stjernens lys.
Terrestrial Planet Finder vil følge op på dette ved faktisk at afbilde planeter, der kredser rundt om de nærmeste stjerner, og fortælle os, om disse planeter har atmofærer ved at tage spektre.
Vi kan se efter vand, ilt og kuldioxid, og hvis vi er heldige, kan vi endda se nogle direkte indikationer på livet i form af en vegetationssignatur eller stærk atmosfærisk uligevægt, såsom den samtidige tilstedeværelse af ilt og metan (på grund af til den samtidige tilstedeværelse af planter og methanogenbakterier på Jorden).
Hvad er det næste
Enhver mission til at detektere og spektroskopisk karakterisere terrestriske planeter omkring andre stjerner skal være designet, så den kan registrere forskellige typer jordbaserede planeter med et nyttigt resultat. Sådanne missioner er nu under undersøgelse - Terrestrial Planet Finder (TPF), af NASA, og Darwin af ESA, Den Europæiske Rumorganisation. Det vigtigste mål for TPF / Darwin er at levere data til biologer og atmosfæriske kemikere.
TPF / Darwin-konceptet hænger sammen med antagelsen om, at man kan screene ekstrasolære planeter med henblik på spektroskopisk levedygtighed. For at en sådan antagelse skal være gyldig, skal vi besvare følgende spørgsmål. Hvad gør en planet beboelig, og hvordan kan de studeres fjernt? Hvad er de forskellige effekter, som biota kan have på spektret af planetariske atmosfærer? Hvilke falske positive resultater kan vi forvente? Hvad er de evolutionshistorier for atmosfæren, der sandsynligvis vil være? Og især, hvad er robuste indikatorer for livet?
TPF / Darwin skal undersøge stjerner i nærheden af planetariske systemer, der inkluderer planeter i jordstørrelse i deres beboelige zoner (”Jordlignende” planeter). Gennem spektroskopi skal TPF / Darwin bestemme, om disse planeter har atmosfærer og bestemmer, om de er beboelige.
Kepler-missionen er også planlagt til lancering i solcellebane i oktober 2006. Kepler er beregnet som en mission til at bestemme hyppigheden af indre planeter nær den beboelige zone i en bred vifte af stjerner. Kepler vil samtidig observere 100.000 stjerner i vores galaktiske ”kvarter”, på udkig efter jordstørrelser eller større planeter inden for den ”beboelige zone” omkring hver stjerne - den ikke-for-varme, ikke-for-kolde zone, hvor der kan findes flydende vand på en planet.
For at fremhæve vanskeligheden med at opdage en jordstørrelse planet, der kredser rundt om en fjern stjerne, påpeger Keplers vigtigste efterforsker, William Borucki fra NASA Ames, at det ville tage 10.000 jordarter at dække Solens disk. Et estimat fra NASA siger, at Kepler bør opdage 50 jordiske planeter, hvis de fleste af de fundne er omkring Jordens størrelse, 185 planeter, hvis de fleste er 30 procent større end Jorden og 640, hvis de fleste er 2,2 gange Jordens størrelse. Derudover forventes Kepler at finde næsten 900 gigantiske planeter tæt på deres stjerner og omkring 30 giganter, der kredser i Jupiter-lignende afstande fra deres forældre stjerner.
Fordi de fleste af de gigantiske planeter, der hidtil findes, kredser langt tættere på deres stjerner, end Jupiter gør til Solen, mener Borucki, at Kepler i løbet af fire til seks år lange mission finder en stor del af planeterne ganske tæt på stjerner. Hvis det viser sig at være sandt, siger han, ”Vi forventer at finde tusinder af planeter.”
Ved hjælp af nuværende metoder ville astronomer i dag have det meget vanskeligt at opdage en jordstørrelse planet omkring stjernen 37 Gem. Tidligere analyser har imidlertid udelukket nogle valg. For eksempel kredser en kæmpe planet som vores egen Jupiter eller Saturn ikke omkring 37 perler. Disse undersøgelser har antydet, at kæmpe planeter på en tiendedel til 10 gange massen af Jupiter ikke findes tæt på 37 perler (inden for 0,1 til fire astronomiske enheder, eller en jord-solafstand, AU'er, se også Cummings et al, 1999) . På grund af udfordringerne med at finde svage planeter i nærheden af meget lysere stjerner, er næsten alle de ekstrasolære planeter, der hidtil findes, som vores egen Jupiter - massiv, sandsynligvis gasformig og usandsynlig at have vilkår for livet på grund af deres nærhed til en moderstjerne .
Men forhold omkring 37 perler understøtter muligvis mindre, indre planeter som Venus eller Jorden. Ingen ved. Kun fremtidige undersøgelser har instrumenteringen, der er i stand til at finde sådanne jordlignende planeter.
Modeller af stjerner som 37 perler understøtter dog den mulige eksistens af mindst en stabil bane for en jordlignende planet (med flydende vand) centreret omkring en jord-solafstand (1,12 AU). En sådan formodet planet ville kredses mellem afstanden mellem Jorden og Mars i vores solsystem. Denne uopdagede planet, hvis den kan opdages i fremtidige undersøgelser, ville have et år, der varer mere end 450 dage, eller en orbitalperiode på omkring 1,3 Jordår.
Da det tog cirka to milliarder år at tage iltdannende liv på Jorden, ville stjerner, der var meget yngre end dette, sandsynligvis ikke have haft tilstrækkelig tid til livet til at udvikle sig mod nogen komplekse former. I betragtning af de milliarder af år, der kræves for udvikling af livet på jorden, kunne forskere stille spørgsmålstegn ved, om livet ville have en chance i et kortere levet solsystem. Varmere, mere massive stjerner er altid blevet betragtet som mindre tilbøjelige til at have liv i, men ikke fordi de ville være for varme. Planeter kunne stadig nyde et tempereret klima, kun længere ude end Jorden er fra solen og i kredsløb længere væk fra sin egen forælderstjerne. Det første problem med brugbarhed er et af tidene, ikke temperaturen. Varmere stjerner har en tendens til at brænde ud hurtigere - måske for hurtigt til, at livet kan udvikle sig der.
Original kilde: Astrobiology Magazine
