<< HABITABILNOST EKSTRATERESTRIJALNIH PLANETA – 11. DEO
U PROTOPLANETARNOM DISKU POSTOJE KOMPLEKSNI ORGANSKI MOLEKULI
HABITABILNOST EKSTRATERESTRIJALNIH PLANETA – 13. DEO / 1
SPEKTAR EKSTRATERESTRIJALNE PLANETE DAJE UVID U MOGUĆNOST ŽIVOTA NA NJOJ>>
Habitabilnost ekstrasolarnih planeta - S A D R Ž A J
SPEKTAR EKSTRATERESTRIJALNE PLANETE DAJE UVID U MOGUĆNOST ŽIVOTA NA NJOJ
Spektar jedne planete je kao otisak prsta. On nam pruža vazne informacije o atmosferi planete. Time možemo bolje da razumemo kako je planeta nastala i da li poseduje tragove života. 2010. godine su astronomi posmatrali mladu, svetlu zvezdu HR 8799, koja je od Zemlje udaljena 130 svetlosnih godina. Ona ima 1,5 puta veću masu od Sunca, a oko nje kruže tri planete koje imaju sedam do deset puta veću masu od Jupitera. Te planeta su od svoje zvezde udaljene 20-70 puta vise nego Zemlja od Sunca. Osim toga, su otkrivena i dva pojasa asteroida u tom sistemu. Sa time su naučnici prvi put da direktno izmere spektar ekstrasolarnih planeta koje kruže oko zvezde slične Suncu.
SLIKA 01 Planetarni sistem zvezde HR 8799
Ranije je takvo posmatranje teleskopom sa Zemlje bilo moguće samo prilikom određene konfiguracije Zemlje, zvezde i planete. Zvezda HR 8799 je nekoliko hiljada puta sjajnija od planeta u njenom sistemu. Zbog toga je korišćenje infracrvenog instrumenta NACO, na VLT-teleskopu opservatorije ESO tih godina bio veliki uspeh. On može da se uporedi sa pokušajem analiziranja plamena jedne sveće na udaljenosti od 200 kilometara, gde se sveca nalazi pored lampe jačine 300 vati.
SLIKA 02 Spektri planeta koje kruže oko zvezde HR 8799
Za život kakav mi poznajemo, neophodna je voda. Zbog toga se astronomi posebno interesuju za one egzoplanete na kojima vladaju takve temperature, da bi na njima mogla da postoji voda u tečnom stanju. Oblast oko neke zvezde sa odgovarajućim temperaturama se zbog toga zove, habitabilna (nastanjiva), iako sam položaj planete ne govori ništa o tome da li na njoj zaista postoji voda. Međutim, poznato je više egzoplaneta na kojima postoji voda, koju je pomoću spektra još lakše moguće otkriti. Za to je potreban svemirski teleskop sa rezolucijom od najmanje 40, što znači da na talasnoj dužini od 800 nanometra (crvena svetlost), može u delovima od 20 nanometra da otkrije široke razlike u svetlosti neke planete.
SLIKA 03
Sa današnjom tehnikom, to je moguće. Za dokaz postojanja kiseonika, koji je takođe ključna indicija za život, potrebna je spektralna rezolucija od najmanje 150, znači teleskop mora da je četiri puta jači. Dok se i voda i kiseonik mogu naći na planetama koje nisu nastanjene, hlorofil je signatura života, jer ukazuje na postojanje biljaka. Ovaj signal bi morao da bude šest puta jači, od kiseonikovog, da bi sa teleskopom iste osetljivosti mogao da bude otkriven. A i to je tek onda moguće, ako planeta nije pokrivena oblacima ili samo veoma laganim oblacima, gde je bar trećina površine planete pokrivena zelenom vegetacijom, što je daleko više, nego na Zemlji.
S obzirom na tehnološke poteškoće, razvijen je infracrveni spektrometar GREAT koji je dobio novi H-kanal, koji se zasniva na teraherc laseru, jednom kvantnom kaskadnom laseru. Sa njime je sada moguće posmatranje najvažnije linije neutralnog atomarnog kiseonika [OI], na talasnoj dužini od 63 μm, što odgovara frekvenciji od 4.7 TeraHerca. Spektrometar GREAT se nalazi na stratosfernoj opservatoriji za infracrvenu astronomiju, koja se ne nalazi na tlu, već u avionu NASE i nosi ime SOFIA. Avion leti u stratosferi na visini od 14 kilometara.
SLIKA 04 Opservatorija SOFIA (gornja slika) na kojoj je spektrometar GREAT (donja slika(
Prvi spektri ovog spektrometra su dobijeni sa planetarne magline NGC 7027. To je odbačen gasovit omotač umiruće zvezde koja ima duplu masu našeg Sunca i nalazi se na udaljenosti od 3.000 svetlosnih godina u pravcu sazvežđa Labud. Ova maglina je već detaljno istražena pod drugim talasnim dužinama, ali tek sa GREAT je bilo moguće da se izoluje linija atomarnog kiseonika [OI], zajedno sa brzinom kretanja. Tako su astronomi i na La Silla-opservatoriji u Čileu prvi put uspeli da istraže spektar egzoplanete 51 Pegasi b, u vidljivom svetlu. Ovi rezultati su važne smernice za budućnost tehnike, čija efikasnost će dovesti do još snažnijih instrumenata, koji će da povećaju mogućnosti novih, jačih teleskopa.
SLIKA 05
Planeta 51 Pegasi b je prva egzoplaneta koja je otkrivena, 5. oktobra 1995. godine. Ona kruži oko zvezde slične Suncu sa nazivom 51 Pegasi. Zvezda je verovatno 4 milijarde godina stara i poseduje spektralnu klasu G2IV. Kako već njeno ime kaže, nalazi se u sazvežđu Pegaz i udaljena je od nas oko 50 svetlosnih godina. Planeta koja kruži oko nje spada u klasu takozvanih „vrelih Jupitera“. To je relativno čest tip egzoplaneta, koje su po pitanju veličine i mase slične našoj planeti Jupiter, ali nasuprot Jupiteru, ove planete se nalaze na udaljenosti od svega nekoliko miliona kilometara od svoje zvezde. Tako planeta 51 Pegasi b poseduje oko 0,46 mase Jupitera i obiđe zvezdu za 4,23 dana na udaljenosti od samo 7,8 miliona kilometara.
SLIKA 06 Položaj zvezde 51 Pegasi i fotografija zvezde 51 Pegasi
Za istraživanje spektra planete 51 Pegasi b, naučnici su koristili spektrograf HARPS na 3,6-metarskom teleskopu južne opservatorije ESO, u severnočileanskim Andima. Ovaj spektrograf se koristi za visoko precizna merenja radijalnih brzina zvezda i time može da posluzi i za traženje egzoplaneta.
Istraživanje egzoplanete koja se nalazi relativno blizu svoje matične zvezde, koja je veoma svetla i uz to, udaljena mnoge svetlosne godine, je prilično komplikovano. Kod ovih analiza je uz to još i neophodno da se orbita planete nalazi u ravni sa koje mi sa Zemlje možemo da vidimo tranzit planete ispred njene zvezde. Veoma malo planeta mogu sa Zemlje da se posmatraju na ovaj način. Takođe i planeta 51 Pegasi b, ne može da se posmatra ovako.
SLIKA 07
Zbog toga su naučnici pronašli nov metod istraživanja koji ne zavisi od posmatranja tranzita egzoplanete. Metod omogućava direktno istraživanje spektra neke egzoplanete u oblasti vidljivog svetla, što istovremeno znači da je moguće saznati više o karakteristikama te planete, što sa drugim metodima, ne bi bilo moguće. U tu svrhu se uzme spektar centralne zvezde kao osnova za traženje njene „slabije“ verzije, jer planeta reflektuje svetlost zvezde oko koje kruži. Na osnovu kretanja planete na njenoj putanji oko zvezde, pomeraju se spektralne signature reflektovane svetlosti, relativno u odnosu na zvezdu. Merenje ovog efekta je izuzetno detaljan posao, jer su planete svetlosno slabe u odnosu na jarku svetlost matične zvezde. Planeta 51 Pegasi b dostiže u vidljivom svetlu samo pedesthiljaditi deo svetlosti zvezde oko koje kruži. Uz to, razno „žuborenje“ signala remeti prijem svetlosti sa egzoplanete.
SLIKA 08 Izdvajanje spektra zvezde od spektra planete
Imajući u vidu sve ove prepreke, ono što je postigao HARPS spektrograf je odličan dokaz za primenljivost novog metoda istraživanja, što otvara mogućnost analize mnogo više ekstraterestrijalnih planeta, nego do sada.
SLIKA 09 Spektrograf HARPS
Analize spektra su pokazale da 51 Pegasi b, poseduje masu koja odgovara polovini mase Jupitera i, u odnosu na našu planetu, ima zakrivljenje ose od oko 9 stepeni. Zanimljivo je, da iako planeta ima tako malu masu, ona je dvostruko veća od Jupitera. Ova razlika između mase i prečnika se objašnjava snažnim zagrevanjem planete zbog ekstremne blizine zvezdi, što dovodi do širenja atmosfere planete. Osim toga, egzoplaneta poseduje visoku sposobnost refleksije.
SLIKA 10 Umetnička vizija izgleda površine planete 51 Pegasi b
Sredinom aprila 2016. godine jedan astronom je u podrumu Karnedži Instituta u Vašingtonu, između 250.000 fotografskih ploča, tražio snimak iz 1990. sa fotografisanom zvezdom "Van Maanen 2", koja je otkrivena još 1917. godine. Kada je astronom istražio ovu ploču, otkrio je mustru u njenom spektru, koja kod ovog tipa zvezde ne bi smela da se pojavljuje. Naime, otkrio je apsorpcione linije koje ukazuju na postojanje težih elemenata kao što su kalcijum, magnezijum ili gvožđe u okolini zvezde. Međutim ti elementi su, na osnovu zvezdane mase, već odavno trebali da se nalaze u unutrašnjosti zvezde.
SLIKA 11 Fotografska ploča zvezde „Van Maanen 2“ iz 1917. godine
Danas znamo šta to znaci: prisustvo ovih elemenata u okolini belog patuljka pokazuje ostatke planetarnog sistema. Beli patuljci su zvezde, koje se nalaze u poslednjoj fazi svog postojanja. Tako će i Sunce jednom da postane beli patuljak koji će da razori planete koje kruže oko njega. Mehanizmu koji proizvodi prstenove koji se sastoje od delova planeta i talog u atmosferi zvezde potreban je uticaj gravitacije potpuno izgrađenih planeta. Tako da ovaj proces ne bi mogao da se odvija, ako ne postoje planete. Time je astronom u spektru zvezde otkrio davno raspadnute planete nekada postojećeg planetarnog sistema.
Grafika ispod pokazuje bliski infracrveni spektar atmosfere planete HD 189733b, koja svaka 2.2 dana prođe ispred diska svoje žute zvezde. To je do sada najbolje istražena egzoplaneta. Zvezda HD 189733 je K-zvezda udaljena samo 62 svetlosne godine od nas. Prečnik njene planete iznosi šestinu prečnika zvezde, što dovodi do toga, da planeta zahvaljujući svojoj temperaturi od preko 1.000 stepeni Celzijusa, tako jako reflektuje svetlost zvezde u infracrvenom svetlu, da njene emisije na Zemlji mogu lako da se analiziraju. U njenoj atmosferi su pronađeni molekuli vodene pare, ugljen monoksida i ugljendioksida, kao i metan. Još daljih osam vrsta molekula su otkrivene u spektru planete, ali do sada nisu identifikovani. Takođe je dokazano da iz egzosfere planete atomarni vodonik isparava u svemir i to 1 – 100 kilotona u sekundi. Planeta prema potvrđenim Hablovim podacima ima upečatljivo lepu plavu boju, koja potiče od prelamanja svetlosti na delićima stakla koji iz atmosfere pada kao kiša, pa se planeta smatra veoma neprijateljskom za život kakav mi poznajemo.
SLIKA 12 Spektar atmosfere planete HD 189733b (crni simboli su neidentifikovani molekuli) i planeta HD 189733b
<< HABITABILNOST EKSTRATERESTRIJALNIH PLANETA – 11. DEO
U PROTOPLANETARNOM DISKU POSTOJE KOMPLEKSNI ORGANSKI MOLEKULI
HABITABILNOST EKSTRATERESTRIJALNIH PLANETA – 13. DEO / 1
SPEKTAR EKSTRATERESTRIJALNE PLANETE DAJE UVID U MOGUĆNOST ŽIVOTA NA NJOJ>>
, 
KOJI TELESKOP DA KUPIM?
