Mundos esse innumerabilis Джордано Бруно ИЗВЪНСЛЪНЧЕВИТЕ ПЛАНЕТИ (ЕКЗОПЛАНЕТИТЕ) Ст.н.с. Димитър Колев ИА с НАО, БАН
В поетично-философския си трактат За безкрайната вселена и световете (1584) Бруно проповядва: безкрайност на Вселената, Giordano Bruno (1548?-1600) множество на световете Изгорен на клада от Инквизицията на площад Campo dei Fiori в Рим на 17.02.1600 след отказ да се покае и отрече от идеите си.
В ТЪРСЕНЕ НА ИЗВЪНЗЕМЕН РАЗУМ: ДРЕВНИ и БЛИЗКИ ПРЕДСТАВИ Елада - убедени в множествеността на обитаемите светове: Питагор, Анаксагор, Платон, Демокрит, Гераклит, Эпикур, Метродор, Плутарх. Рим - Тит Лукреций Кар (ок. 99-55 пр. н. е..):...елементите на материята са били длъжни и в останалата вселена да създадат безбройно множество живи същества, моря, небеса и земи; те са били длъжни да осеят вселената със светове, подобни на нашия. Волтер в сатирата Микромегас описва гигант-пришелец от... Сириус, който казва: Творецът е пръснал във Вселената изобилие от разновидности с възхитително еднообразие. Всички мислещи същества са различни, но в основата си приличат... Навсякъде материята е еднаква, но във всяко небесно тяло тя има различни свойства. Джон Хершел: само непознаването на астрономическата картина на света може да оправдае мисълта за уникалността на нашата земна цивилизация.
В ТЪРСЕНЕ НА ИЗВЪНЗЕМЕН РАЗУМ: SETI Идея връзка на честота 1.42 ГХц (21см) на водорода. Десетки години спорадични сеанси на прослушване. Липса на добро финансиране. Липса на резултат. Един-единствен подозрителен сигнал през 1977 с възможен естествен произход (комети). От 2015 ново финансиране с по 10 млн $ за 10 години
ОТ SETI към METI: да СЛУШАШ или да ПЕЕШ? METI (Messaging to Extra-Terrestrial Intelligence) друг подход към проблема ETI. SETI и METI две страни на проблема «КОНТАКТ С ИЗВЪНЗЕМНИ»: Пасивно търсене (SETI) и Активно предаване на информация към възможен друг разум (METI). Две 70-м антени, задействани в края на XX в. за METI. Вляво сигналът, изпратен в 1974 г. към сферичния звезден куп М13 чрез 300-м радиотелескоп в Аресибо. Аресибо Крим (СССР) Калифорния (САЩ)
METI: ПРЕДМЕТНИТЕ ПОСЛАНИЯ НА ЧОВЕЧЕСТВОТО Отправените досега материални послания са... АНТРОПОЦЕНТРИЧНИ. Ако ги намерят, дали ще ги РАЗЧЕТАТ? Пластината на Пионер 10 (1972) Златната плоча с Дельо хайдутин на Вояджерите (1977)
СЛЪНЧЕВАТА СИСТЕМА: ДО СКОРО ЕТАЛОН НА ПЛАНЕТНА С-МА За звезда с маса около слънчевата процесът на свиване на протозвездния облак до попадане върху ГП трае около 1 млрд. г. При това най-често се образува и планетна система.
СЛЪНЧЕВА СИСТЕМА: ВЪЗНИКВАНЕ В оформящата се протослънчева система възникват кондензации - бъдещи планети и други тела с по-големи размери. По принцип, общият произход изисква еднакви посоки на въртене! Бавно въртящият се протопланетен газово-прахов облак се свива самогравитационно, като се разпада на отделни парчета. При това за да се запази моментът на въртене скоростта на въртене на уплътняващите се фрагменти се увеличава!
В резултат, вследствие на разграничението на твърдата и газовата съставляваща на протопланетната вече обвивка-диск около протозвездата-слънце, възникват 2 типа планети: земна група, малки по размер, но с висока плътност - скална планети и газова група, планети с мнократно по-ниска плътност, но огромни по размер и с по-голяма маса от Земята. Границата на двете области е там, където водата замръзва в лед. СЛЪНЧЕВА СИСТЕМА: ВЪЗНИКВАНЕ
НАЛЯГАНЕTO В ЦЕНТЪРА СЕ УВЕЛИЧАВА и за поддържането на РАВНОВЕСИЕ трябва по-голяма плътност, т.е., ПОВЕЧЕ вещество в слоя над центъра. ПЛАНЕТИ И ЗВЕЗДИ: КРИТЕРИИТЕ Що е планета? МАС: Обекти с маси, по-малки от необходимата за поддържане на термоядрено горене на деутерий, които обикалят около звезда или остатък от звезда, са ПЛАНЕТИ. В центъра на такива обекти температурата е много-много по-ниска от около 15 млн градуса!
ЕКЗОПЛАНЕТИТЕ: ИСТОРИЯТА Столетия мечти за други населени светове, често представяни като земен аналог. Едва в края на 20-ти век - безспорно открити 2 такива тела, но около съвършено не жизнеподдържащ обект пулсара PSR B1257+12 (до ε Vir). Масите им около 4 земни, а разстоянието до пулсара едва около 0.4 а.е., т.е., около 60 млн км. А ето, че в края на 2018 ние вече познаваме... почти 4000 такива ЕКЗОТИЧНИ екзопланети!
ИЗВЪНСЛЪНЧЕВИТЕ ПЛАНЕТИ ЕКЗОПЛАНЕТИТЕ : ИСТОРИЯТА В 1988 е обявена планета у Алраи (γ Cep) но едва в 2002 е потвърдена! В 1989 - планета около звезда от 7 m в съзв. Косите на Вероника. Но потвърждение - едва в 1999 г.
ЕКЗОПЛАНЕТИТЕ : ИСТОРИЯТА 1995 г. Мишель Майор и Дидие Кйело откриват промяна на лъчевата скорост на звездата 51 от Пегас. Обяснението: планета, обикаляща близо до звездата с маса подобна на Юпитер. Такива екзопланети сега наричаме «горещи юпитери». Планета Маса (M J ) Радиус (R J ) Период орбитален (дни) Голяма полуос на орбитата (а. е.) Ексцентрицитет на орбитата b 0.472? 4.23 0.0527 0 51 Peg: Sp=G2 IV; D=50 св. г.; Възраст ~7.5 млрд г. Светимост: L=1.3L Звездна величина: V=5,5 m
ЕКЗОПЛАНЕТИТЕ: ФОРМУЛИ ЗА ОЦЕНКИ https://exoplanetarchive.ipac.caltech.edu/docs/poet_calculations.html#insol_flux Светимост на звездата: Осветеност (инсолация) на Планетата в сравнение със, AU разстояние до земната : звездата (в а.е.) Обитаема зона на звездата (в а.е.):
ЗОНА НА ОБИТАЕМОСТ: СЪЩНОСТ, ГРАНИЦИ, ПЕРСПЕКТИВИ Показана за типовете звезди с най-вероятно присъствие на обитаеми планети
ЕКЗОПЛАНЕТИТЕ: МЕТОДИ НА РЕГИСТРАЦИЯ
ЕКЗОПЛАНЕТИТЕ: МЕТОДИ НА РЕГИСТРАЦИЯ - СПЕКТРАЛЕН Спектрографът HARPS (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher) на 3.6 м телескоп в Ла Сийя Лъчевата скорост на звездата 18 Del белег за наличие на планета 18 Del b. Телескоп: 1.9 м + HIDES (точн. 6 м/сек) в Окаяма. Амплитуда ±100 м/сек, докато за звездата на лявата фигура е едва ±5 м/сек!
НАЙ-БЛИЗКАТА ЗЕМЯ : ПРОКСИМА ЦЕНТАВЪР b
ЕКЗОПЛАНЕТИТЕ: МЕТОДИ НА РЕГИСТРАЦИЯ ТРАНЗИТ Мозайка от 42 бр. 2200х1024 CCDматрици във фокуса на телескопа Кеплер Този метод използват космические търсачи на екзопланети КОРОТ и КЕПЛЕР. Но едва около 40% от заподозрените планети се потвържцдават след допълнителни изследвания, включително и с други методи, напр., спектрален (ако обектът позволява). Транзит на планета пред диска на звезда добре известно явление и за Слънцето. Прост и ефективен метод фотометрия. Изисква много висока точност (<<1% от потока!) Позволява да се оцени размерът на планетата. Ако има повече от една планета се следят и промените в периодите на транзитите. Повечето от днес известните екзопланети са открити по транзити от КТ Кеплер.
МЕТОДИ НА НАБЛЮДЕНИЯ: ТРАНЗИТ НА ПЛАНЕТА По принцип този метод може да регистрира и наличие на атмосфера около дадена екзопланета. Така в 1761 г. от Ломоносов бе открита атмосферата на Венера.
МЕТОДИ НА НАБЛЮДЕНИЕ : ТЕМП НА СИГНАЛИ
ПРЯКО ИЗОБРАЖЕНИЕ НА ПЛАНЕТА: ТЕХНИЧЕСКИ ПРЕДПОСТАВКИ 8-m телескоп Gemini North. Адаптивната оптика подобрява изображението, успокоява го за секундадве чрез компенсация на светлинния фронт.
ПРЯКО НАБЛЮДЕНИЕ НА ОРБИТИ: АСТРОМЕТРИЯ Пряк образ на планета около звездата CVSO 30 (в Орион). Звездата е червено джудже с маса 0.5М сл, R~1.5 R сл и е на 1200 св. г. от нас. Има поне още 2 планети, много по-близки до нея. Astronomy & Astrophysics, March 17, 2016
ПРЯКО НАБЛЮДЕНИЕ НА ОРБИТАЛНО ДВИЖЕНИЕ: Beta Pictoris b Видео по наблюдения с 8-м телескоп Gemini-South в Чили Преместване на планета Beta Pictoris b за около 2 години
ЕКЗОПЛАНЕТИТЕ: СТАТИСТИКИ Брой на потвърдените екзопланети с годините: вляво по години; вдясно сумарна статистика (с натрупване). Прави впечатление приносът на КТ Кеплер, открил повечето от известните сега екзопланети по метода на транзита.
ЕКЗОПЛАНЕТИТЕ: РАЗМЕРИ Най-големите по размер известни екзопланети са около 2х по-големи от Юпитер. И сред астрономите, които са ги открили (в частност, TrES-3 и TrES-4) е нашият сънародник Георги Мандушев, който днес работи в обсерватория Лоуел в Аризона.
ЕКЗОПЛАНЕТИТЕ: СТАТИСТИКИ Огряване на екзопланетите от звездите Това е най-интересната статистика от гледна точка на условията за наличие на живот на екзопланети. Както виждаме, има доста екзопланети с инсолация от своите зезди близка до земната. Следователно, при наличие на останалите най-малко 2 условия неотровна атмосфера и течна вода, можем да очакваме развитие на подобен на земния живот!
Вляво - приносът и ограниченията на методите за наблюдение. Спектралният метод работи главно за по-ярки (и поголеми) обекти, докато транзитът е подходящ за по-малките екзопланети. ЕКЗОПЛАНЕТИТЕ: СТАТИСТИКИ Вдясно - чрез транзита се доближаваме все повече до регистрация на земеподобни (скални) планети. Те са обикновено около по-слаби и по-хладни звезди.
ЕКЗОПЛАНЕТИТЕ: ИЗНЕНАДИТЕ...Екзопланетите показват изненадващи особености - много къси орбитални периоди; големи ексцентрицитети; главни и резонансни орбити което разшири неимоверно нашето знание за разнообразието на планетните системи. (Scott Tremaine and Nadia L. Zakamska, Extrasolar Planet Orbits and Eccentricities, AIP Conference Proceedings 713, 243, 2004) сравнявайки динамичната структура на Слънчевата с-ма с екзопланетите, виждаме очевидни разлики голям дял силно ексцентрични орбити и много близки до звездата гигантски газови планети. Досега нямаме приемливо обяснение за тези удивителни факти. (Rudolf Dvorak, Extrasolar planets A challenge for Astronomy, in: AIP Conference Proceedings 1076, 43, 2008)
ЕКЗОПЛАНЕТИ: ЕКСЦЕНТРИЦИТЕТИ Дълго-елиптични орбити силно различаващи се температурни условия в апоастъра и периастъра - пречка за развитие на живот. Проблематично е наличието на течна вода в зоната на обитаемост! Големи ексцентрицитети - вероятно особености в появата на такива планети около звездата, например, захващане на планетата отвън, или необичайна динамика в системата ( дрейф след оформянето?).
ЕКЗОПЛАНЕТИ: ЕКСЦЕНТРИЦИТЕТИ
ЕКЗОПЛАНЕТАТА HD80606 b: горещ Юпитер около слънцеподобна звезда Голямата Мечка и звездата HD80606 на небето Загряване на планетата HD80606 b около периастрона Орбитата на планетата HD80606 b е с много голям ексцентрицитет е=0.97 за разлика от планетите в нашата слънчева система
ЕКЗОПЛАНЕТИТЕ: ОБЯСНЕНИЕ НА ПРОИЗХОДА?...Екзопланетната революция възвести нов принцип: орбиталното разнообразие е правило при образуването на планетите... Това изисква коренна ревизия на теориите за формиране на планетите: горещите Юпитери с няколкодневни орбитални периоди не са образувани там... сегашното им положение е следствие от миграция след формирането. За отбелязване е, че концепцията за радиална миграция вече е известна от изследванията на акреционните дискове в двойни системи и на планетните дискове! (Fathi Namouni, Origin theories for the eccentricities of extrasolar planets, arxiv:astro-ph/0702203v1)
ЕКЗОПЛАНЕТИТЕ: МОДЕЛИРАНЕ НА ПРОИЗХОДА Численото моделиране на еволюцията на протопланетен диск около двойна звезда показва, че появата на протопланети с голям ексцентрицитет на орбитите е правило!
Случаят TRAPPIST-1. Екзопланети- Земи? Звездата - кафяво джудже
Случаят TRAPPIST-1 - ЗВЕЗДИЧКАТА http://simbad.u-strasbg.fr/simbad/ Дължина на вълната на максимално пропускане на филтрите Звездата в базата данни SIMBAD (Set of Identifications, Measurements, and Bibliography for Astronomical Data) Звездата TRAPPIST-1 или 2MASS J23062928-0502285 в каталога на проекта 2 Micron All Sky Survey е почти пълен аналог на първото известно кафяво джудже, Teide 1 (в съзвездието Телец, Т е =2600 К, Sp=M8). Величината V 19 m прави невъзможни визуалните наблюдения даже със сравнително голям (~0.5 м) телескоп. В близката инфрачервена област звездата свети 2500х посилно! Размерът на такъв обект е сравним с Юпитер, т.е., R~0.1 R ʘ, но масата му е M~0.01 M ʘ 100 M J. Т.е., средната плътност на такова джудже е десетки пъти по-голяма от тази на Слънцето (1.4 г/см 3 ), докато Юпитер пък има почти слънчева плътност (~1.3 г/см 3 ). Това е следствие от физиката на тези два типа обекти в ядрото на звездата, за разлика от планетата Юпитер, протичат термоядрени реакции с отделяне на много енергия и за да поддържа фигурата ѝ в равновесие, налягането на стълба вещество над ядрото трябва да е голямо, т.е, количеството, а оттам и плътността на това вещество, да са много по-големи от юпитеровите величини!
Случаят TRAPPIST-1 - ЗВЕЗДИЧКАТА Данни за звездата TRAPPIST-1 в сравнение със Слънцето и Юпитер Характеристика Слънце Траппист-1 Отн. Зв/Слънце Юпитер Отн. Зв/Юпитер Радиус (км) ~700000 ~80000 ± 4000 0.114 ± 0.006 R 70000 1.14 Диаметър (км) 1400000 156000-0.114 ± 0.006 140000 1.14 168000 Площ (S ) 1 0.013 0.013 0.00100 1.30 Обем (V ) 1 0.00148 0.00148 0.00100 1.48 Маса (М ) 1 0.08± 0.009 0.08 (~1/12) 1/1047 83.8048 ± 9.428 M J Ср. плътност 1.408 ~75 ~53 1.326 ~56 (г/см 3 ) Температура (К) 5772 2550 ± 55 ~1/2.3 - - Отн. светимост (визуална) Болометрична светимост (W) 1 0.00000373 0.00000373 - - 3.8х10 26 1.9х10 23 ~0.0005 Това е пълната светимост в целия електромагнитен спектър!
Случаят TRAPPIST-1 - ЗАТЪМНЕНИЯТА Наблюденията са с 60-см TRAPPIST (3 планети) и с космическия Spitzer (4 планети) Spitzer (900 кг; от 2003 г.), D=0.85 м, F=10.2 м (1:12) 60-см (1:8) TRAPPISТтелескоп на Лиежкия университет в ЕЮО, Ла Сийя (Чили)
Системата TRAPPIST-1 - СРАВНЕНИЯТА Близки по размер до Земята тела със земна плътност т.е., скални, а не водородни. Орбити - почти кръгови. От периодите, по третия закон на Кеплер, следват и разстоянията до звездата. Аналогията със системата на Юпитер, а дори и със скалните планети от слънчевата система, е забележителна!
Системата TRAPPIST-1 - СРАВНЕНИЯТА Оценка за потока лъчиста енергия в приближение на абсолютно черно тяло (АЧТ) и осветеността (мощност, падаща на единица площ) от TRAPPIST-1 за всяка от нейните планети. Отношението на светимостите L 0 и L 1 на тела с повърхности S 0 и S 1 и температури Т 0 и Т 1 ще бъде (L 0 /L 1 )= (S 0 /S 1 )(Т 0 /Т 1 ) 4. В нашия случай отношението на повърхностите е (S 0 /S 1 )=(R 0 /R 1 ) 2. Отношението звезда/сл е (L 1 /L 0 ) 0.0005. Светимостта на Слънцето е L 0 =3.8х10 26 W и за светимостта на TRAPPIST-1 получаваме оценка L 1 1.9х10 23 W. Оттук лесно се оценява осветеността върху повърхността на всяка от планетите в тази система!
HST: спектрални наблюдения на системата TRAPPIST-1. Резултат: Някои от планетите са с обилие на вода до 5% от масата, което е 250х повече от дела на океаните на Земята! Случаят TRAPPIST-1 - Feb. 5, 2018; НАДЕЖДИТЕ New Clues to TRAPPIST-1 Planet Compositions, Atmospheres Водата: като пара, в облаци; течна или като лед и скреж. Планетата с найголяма вероятност да има течна вода е и най- скалната от тях - TRAPPIST-1e.
ЗЕМЕПОДОБНИТЕ ПЛАНЕТИ - НАДЕЖДИТЕ... 52 (1.3% от всички) скални са подобни на Земята. Но само за 10-на развитие на живот е по-вероятно. Атмосфера? Вода? Възраст за появата на живот е нужно време!
Паркът от телескопи, продължаващи изследването на тези планети БЪДЕЩЕТО - ИНСТРУМЕНТИТЕ...
ЕКЗОПЛАНЕТИ: БЪЛГАРСКИЯТ ПРИНОС Фотометрични наблюдения на звезди с потенциални екзопланетни системи у нас самостоятелно и в кооперация с колеги от други обсерватории се провеждат от много години.
ЕКЗОПЛАНЕТИ: БЪЛГАРСКИЯТ ПРИНОС ПРЕПОРЪКА: https://www.youtube.com/watch?v=fcp-ebmqoxu Лекция в 2 части на проф. Димитър Съсълов от Харвардския Университет на семинара на Физическия факултет и кръжока по Астрономия при Центъра за космически изследвания и технологии на Софийския Университет "Св. Климент Охридски" на 13 Декември 2013 г.
ИЗВЪНСЛЪНЧЕВИЯТ ВЕСТИТЕЛ: ОУМУАМУА Заснет месец след перихелия (когато е имал скорост 88 км/с!). Хиперболична (некеплерова) орбита. На разстояние 1 а.е. скоростта му е била 50 км/с, с 8 км повече от трета космическа.
КЪДЕ ДА ТЪРСИМ ЗЕМЕПОДОБНИ ПЛАНЕТИ
ЗВЕЗДНАТА ИЗВАДКА НА КЕПЛЕР: ДОСТАТЪЧНО МНОГО СЛЪНЦЕПОДОБНИ ЗВЕЗДИ
ЗЕМЕПОДОБНИТЕ ПЛАНЕТИ:.
ИНСОЛАЦИЯ НА ЗЕМЕПОДОБНА ПЛАНЕТА: КАРТА-ЗЕМЯ-ОБРАЗЕЦ Потокът енергия в дадена точка зависи от ексцентрицитета на орбитата и наклона на оста на въртене
ЗЕМЕПОДОБНИ ПЛАНЕТИ ОКОЛО СЛЪНЦЕПОДОБНИ ЗВЕЗДИ: ОБИЛИЕ Обилието на земеподобни планети около слънцеподобни (или близки до такива) звезди е ВПЕЧАТЛЯВАЩО! Разпределение по радиус - бимодално, в 2 групи земи и суперземи, и субнептуни. Засега не е много ясно защо е така.
УРАВНЕНИЕ НА ДРЕЙК (1960): БРОЙ НА ЦИВИЛИЗАЦИИТЕ В ГАЛАКТИКАТА N = R. f p. n e. f l. f i. f c. L Франк Дрейк (р. 1930) N = 7.0.5. 0.015.0.15.0.01.0.01.10000 0.008???
Слънчевата система КЪДЕ ДА ОЧАКВАМЕ ПО-ДОБРИ УСЛОВИЯ ЗА ЖИВОТ? Фактори влияещи на инсолацията: наклон на оста на въртене, ε (неизвестен!!!) ексцентрицитет на орбитата измерим параметър!!! Малък ексцентрицитет по-равномерно осветяване, по-добри за развитие на живот условия!!!
КАКЪВ КОНТАКТ НИ ЧАКА: ВОЙНА НА СВЕТОВЕТЕ? Най-често се боим от враждебни намерения! Още от Херберт Уелс...
КАК СИ ГИ ПРЕДСТАВЯМЕ: ТЯХ, ИЗВЪНЗЕМНИТЕ Най-често антропоморфни (дори и да са космати )!
И ТАКА: ИМА ЛИ ЖИВОТ ТАМ? И отговорът на бургаските художници: ДА, ИМА!
Благодаря за вниманието!