Цитата сообщения Атронах_из_плоти В «зоне обитания» ближайшей к Земле звезды обнаружена планета. О ее климате и возможной обитаемости


Планета, обращающаяся вокруг звезды Proxima Centauri: взгляд художника.
Используя телескопы ESO и другие инструменты, астрономы получили несомненные доказательства существования планеты у ближайшей к Земле звезды – Проксимы Центавра. Это давно уже разыскивавшееся небесное тело, обозначаемое Proxima b, совершает оборот вокруг своей холодной красной звезды за 11 дней. Температура на его поверхности пригодна для существования воды. Планета относится к разряду каменных и немного превосходит Землю по массе. Это самая близкая к нам экзопланета и, возможно, ближайшее к Солнечной системе небесное тело, на котором может существовать жизнь. Сообщение об этом эпохальном открытии публикуется в журнале Nature 25 августа 2016 г.

На расстоянии чуть больше четырех световых лет от Солнечной системы находится красная карликовая звезда Проксима Центавра (Proxima Centauri) – ближайшая к Земле звезда. Это холодное светило в созвездии Центавра слишком тусклое, чтобы его можно было видеть невооруженным глазом. Оно расположено по соседству с гораздо более яркой двойной звездой альфа Центавра AB.

В первом полугодии 2016 года Проксима регулярно наблюдалась со спектрографом HARPS на 3.6-метровом телескопе ESO обсерватории Ла Силья в Чили. Одновременно проводился ее мониторинг и на других телескопах по всему миру. Эту масштабную наблюдательную кампанию, получившую название «Бледно-красная точка» (Pale Red Dot), проводила группа астрономов под руководством Гиллема Англада-Эскуде (Guillem Anglada-Escudé) из Университета Королевы Марии в Лондоне (Queen Mary University). Ученые искали планету методом лучевых скоростей, то есть пытались зарегистрировать мельчайшие периодические смещения звезды от Земли и к Земле, вызванные гравитационным притяжением обращающейся вокруг звезды планеты.

Так как кампания вызвала широкий общественный интерес, с середины января до апреля 2016 года ее ход отображался в открытом доступе на веб-сайте Pale Red Dot и в социальных сетях. Сообщения о ходе наблюдений сопровождались множеством научно-популярных статей, писавшихся учеными разных стран.

Гиллем Англада-Эскуде так говорит об истории этого уникального научного поиска: “Первые признаки существования планеты были замечены еще в 2013 году, но они были не вполне убедительными. С тех пор мы много и напряженно работали над решением этой задачи в кооперации с ESO и другими институтами. Последняя стадия кампании Pale Red Dot была спланирована примерно на два года”.

В результате объединения данных кампании Pale Red Dot с результатами более ранних наблюдений, выполненных в обсерваториях ESO и на других телескопах, было с определенностью  установлено, что Проксима Центавра периодически то движется по направлению к Земле, то удаляется от нее со скоростью около 5 км/ч (то есть, со скоростью пешехода). Период цикла изменений скорости составляет 11.2 дня. Тщательный анализ слабых доплеровских смещений линий в спектре звезды позволяет заключить, что эти смещения вызваны присутствием планеты с массой не менее 1.3 массы Земли, обращающейся вокруг Проксимы на расстоянии около 7 миллионов километров – всего 5% расстояния между Землей и Солнцем.

На диаграмме представлено сравнение орбиты планеты, открытой у Проксимы (Proxima b), и околосолнечной области Солнечной системы. Проксима Центавра меньше и холоднее Солнца, а ее планета гораздо ближе к ней, чем Меркурий к Солнцу. В результате оказывается, что Proxima b лежит внутри «зоны обитания», в которой на поверхности планеты возможно существование жидкой воды.

Однако, несмотря на умеренные условия на поверхности планеты Proxima b, во время вспышек материнской звезды она может подвергаться интенсивному ультрафиолетовому и рентгеновскому облучению, гораздо более сильному, чем то, которым Солнце облучает Землю.

За открытием новой планеты последуют новые расширенные ее наблюдения как с существующими инструментами, так и со следующим поколением гигантских телескопов, таких, как E-ELT (Европейский Чрезвычайно Большой Телескоп). Proxima b станет первоочередной мишенью для поисков жизни во Вселенной. Система Альфа Центавра является и проектируемой целью первой попытки человечества достичь другой звезды – проекта StarShot.

В заключение Гиллем Англада-Эскуде говорит: "Открыто уже много экзопланет, и еще гораздо больше их предстоит открыть. Но поиски ближайшего возможного аналога Земли и успех этих поисков стали для всех нас главным достижением в жизни. В этом открытии сошлись усилия многих и многих людей, и полученный результат – заслуга их всех. Теперь впереди следующий этап работы – поиски жизни на планете Proxima b..."

Источник: пресс-релиз Южно-Европейской обсерватории

Пресс-конференция, посвященная этому открытию: http://www.eso.org/public/russia/videos/eso1629j/

Перевод: http://stp.cosmos.ru/index.php?id=1137&tx_ttnews%5...fbd68da530ed3c05c9c26fb729e00e

В широком диапазоне атмосферного давления, состава атмосферы и содержания воды жидкая вода может присутствовать на поверхности планеты – в виде отдельных озер или океана, полностью или частично свободного ото льда.

Вечером 24 августа 2016 года прошла долгожданная пресс-конференция, посвященная открытию землеподобной планеты у ближайшей к Солнцу звезды Проксима Центавра. Открытие было сделано методом измерения лучевых скоростей родительской звезды, оно явилось результатом обширной программы интенсивных наблюдений Проксимы, завершение которой получило название Pale Red Dot (Бледная красная точка, намек на знаменитые слова Карла Сагана о бледной голубой точке – Земле). На протяжении многих лет лучевые скорости Проксимы измерялись с помощью двух высокоточных спектрографов – HARPS и UVES. Спектрограф UVES вел наблюдения Проксимы в период с 2000 по 2008 год, всего было получено 72 замера. HARPS сделал 90 замеров лучевой скорости Ближайшей в рамках разных программ до 2016 года, и 54 замера – в период с 19 января по 31 марта 2016 года в рамках программы Pale Red Dot. Параллельно велся плотный мониторинг хромосферной и вспышечной активности Проксимы для учета колебаний лучевой скорости, вызванных собственной активностью звезды. Результатом стало открытие планеты земного типа в обитаемой зоне, достоверность которого оценивается в 99.99999%.

Проксима Центавра (GJ 551, HIP 70890) – тусклый красный карлик спектрального класса M5.5 V, удаленный от нас всего на 1.30 пк. Ее масса оценивается в 0.120 ± 0.015 солнечных масс, радиус – в 0.141 ± 0.021 солнечных радиусов, светимость в ~645 раз меньше светимости Солнца. Проксима вращается вокруг своей оси достаточно медленно (за ~83 земных суток), что говорит о ее зрелом возрасте ~4.85 млрд. лет. Мощность рентгеновского излучения этой звезды сравнима с мощностью рентгеновского излучения Солнца.

Проксима Центавра расположена на расстоянии ~15000 а.е. от более тесной пары звезд альфа Центавра A и B. Близость собственных скоростей всех трех звезд говорит о том, что, скорее всего, они составляют физически связанную систему. Однако по мнению ряда авторов Проксима не связана с парой A и B, но является частью общего звездного потока, куда входит еще несколько звезд. Окончательно этот вопрос еще не решен. 

Богатые и плотные ряды замеров лучевой скорости Проксимы позволили обнаружить когерентные колебания с периодом 11.186 ± 0.002 земных суток и полуамплитудой 1.38 ± 0.21 м/с, никак не связанные с активностью звезды. Проанализировав и исключив различные астрофизические явления, способные вызвать такие колебания, авторы открытия пришли к выводу, что их вызывает планета с минимальной массой (величиной m sin i) в 1.27 ^+0.19/_-0.17 масс Земли. Проксима b вращается вокруг своей звезды по орбите с плохо определенным эксцентриситетом (e < 0.35) на среднем расстоянии 0.0485 ^+0.0041/_-0.0051 а.е., где уровень инсоляции составляет ~65% земного, иначе говоря, ее температурный режим является промежуточным между температурными режимами Земли и Марса.

Фазовая кривая колебаний лучевой скорости Проксимы Центавра.
25 августа 2016 года в Архиве электронных препринтов появилось сразу несколько теоретических работ, посвященных происхождению, эволюции и климату Проксимы b. Разумеется, вопросов у исследователей получилось куда больше, чем ответов. Остается неизвестной истинная масса планеты и ее радиус. Авторы одного из исследований подчеркивают, что масса Проксимы b почти наверняка меньше 10 масс Земли и скорее всего меньше 3 масс Земли, но подобные ограничения слишком мягки и открывают широкий простор для спекуляций. Проксима b может быть планетой земного типа, океанидой, даже мини-нептуном. Даже если ее истинная масса близка к минимальной (~1.3 масс Земли), климатическая эволюция планеты коренным образом зависит от начального содержания летучих в ее составе.

Красные карлики довольно много времени проводят на стадии, предшествующей главной последовательности. На этой стадии они продолжают сжиматься, а их светимость постепенно падает. В первые 160 млн. лет существования Проксимы эта звезда была гораздо ярче, чем сейчас, а планета Проксима b находилась ближе внутреннего края обитаемой зоны. Этого мало – мощные вспышки и корональные выбросы молодой звезды приводили к интенсивной эрозии атмосферы планеты. Даже сейчас Проксима b получает от своей звезды в 30 раз больше ультрафиолета, чем Земля от Солнца, а рентгеновских лучей – больше в 250 раз. По расчетам исследователей, мощность ультрафиолетового и рентгеновского излучения молодой Проксимы был таков, что планета b теряла воду с темпом один земной океан за ~4 млн. лет. Если изначальное количество воды на ней было близко к земному, к настоящему моменту она уже полностью высохла.


Эволюция обитаемой зоны Проксимы Центавра со временем. Горизонтальной черной линией показана текущая орбита планеты b, синей полосой – консервативная обитаемая зона. Красными линиями показано положение внутреннего края оптимистичной обитаемой зоны для сухой планеты при разных значениях альбедо А. В первые 160 млн. лет планета Проксима b располагалась ближе внутреннего края обитаемой зоны.
Если планета b изначально была богата водой или если к моменту завершения своего формирования она удержала водородную оболочку с массой ~0.01 масс Земли, в настоящий момент она может иметь благоприятный климат и даже быть обитаемой. Однако если захваченного водорода окажется слишком много (0.1-1% масс Земли), он не успеет весь диссипировать за 4.8 млрд. лет, атмосферное давление и температура поверхности планеты окажутся слишком высоки, и планета окажется необитаемым мини-нептуном.

Еще одна работа, опубликованная 25 августа, была посвящена моделированию климата Проксимы b в предположении, что она является планетой земного типа с массой 1.4 масс Земли и радиусом 1.1 радиусов Земли. Авторы моделировали климат планеты для случая орбитально-вращательных резонансов 1:1 (планета всегда обращена к звезде только одной стороной) и 3:2, как у Меркурия, последний вариант возможен в случае орбитального эксцентриситета, превышающего 0.06. Рассматривались как случаи с тонкой азотной атмосферой с примесью углекислого газа, так и плотной углекислотной атмосферы с давлением у поверхности 1, 4 и 6 атм., а также с разным количеством воды. Как оказалось, в широком диапазоне атмосферного давления и содержания воды жидкая вода может присутствовать на поверхности планеты – в виде отдельных озер или океана, полностью или частично свободного ото льда.


Наличие на поверхности планеты Проксима b жидкой воды (показано голубым цветом) возможно в широком диапазоне содержаний воды (отложено по горизонтальной оси) и углекислого газа (отложено по вертикальной оси). Верхний график построен для планеты в орбитально-вращательном резонансе 1:1, нижний – для планеты в резонансе 3:2 (за два оборота вокруг звезды планета делает три оборота вокруг своей оси).
Ниже показаны результаты расчета поверхностных температур для случаев синхронного (1:1) и несинхронного (3:2) вращения планеты. Как мы видим, в широком диапазоне атмосферных давлений на поверхности температура или всей планеты, или отдельных областей оказывается выше 0°С.


В случае обилия воды и глобального океана авторы в зависимости от плотности и состава атмосферы получали как «планету-снежок», так и смешанные варианты с полыньей в подзвездной области, океаном, частично покрытым льдом и, наконец, теплым океаном, полностью свободным ото льда.


Источники: http://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso1629/eso1629a.pdf
http://arxiv.org/pdf/1608.06919.pdf
http://arxiv.org/pdf/1608.06827.pdf
http://arxiv.org/pdf/1608.06813.pdf
Перевод: http://stp.cosmos.ru/index.php?id=1137&tx_ttnews%5...0b94c1bbfb41f4ee10aba1b0f5c657