Broj otkrivenih i potvrđenih egzoplaneta do oktobra 2021. po evidenciji NASA-e  je 4531. Ovaj broj svakako nije od presudne važnosti s obzirom da će se redovno povećavati i vjerovatno u nekom momentu eksponencijalno skočiti na red stotina hiljada ili miliona. Koliko se stvari brzo dešavaju govori i to da su tokom pisanja ovog teksta potvrđene još 23 nove planete, a u ovom momentu nekoliko hiljada kandidata čeka potvrdu.

Od samog broja otkrivenih egzoplaneta, zanimljivije je da pogledamo koji tipovi planeta dominiraju među ovim do sad detektovanim. Skoro podjednake su tri grupe: neptunci (1532) - 33%, gasoviti džinovi (1439) - 31% i super Zemlje (1389) - 30%. Najmanje ima terestričkih (166) - 3% što je i logično s obzirom da su najmanje od ovih grupa, te samim tim najteže za detekciju.

Vremenom su se metode za otkrivanje egzoplaneta namnožavale, no, tranzitna metoda se profilisala kao najefikasnija za sada. U prilog tome govori da je od svih do sad otkrivenih, metodom tranzita otkriveno čak 3423 ili 70%. Solidno produktivna je i metoda radijalne brzine kojom je otkriveno 879 planeta ili 19%. Metodom gravitacionog sočiva je pronađeno 117 planeta ili 2.5% od ukupnog broja. Nekoliko ostalih metoda i njihovih podvarijacija su manje uspješne i uspomoć njih su otkrivene preostale planete: Imaging (54), Transit Timing Variations (22), Eclipse Timing Variations (16), Orbital Brightness Modulation (9), Pulsar Timing (7), Pulsation Timing Variations (2), Astrometry (1), Disk Kinematics (1).

Od tih, sada već poprilično velikih brojeva, treba probrati interesantnije kandidate za dalje proučavanje i osmatranje. Pravljenjem kataloga potencijalno nastanjivih egzoplaneta bavi se Laboratorija za planetarnu nastanjivost - Planetary Habitability Laboratory (PHL) iz Portorika. Radi se o istraživačkoj i obrazovnoj, virtuelnoj laboratoriji koja je posvećena proučavanju nastanjivosti Zemlje, Sunčevog sistema i egzoplaneta. Njihov glavni cilj je mapiranje naseljivog univerzuma te razvoj i primjena metoda za mjerenje potencijala za život planeta. PHL vodi profesor Abel Mendes sa Univerziteta Portoriko u Aresibu uz međunarodnu saradnju naučnika iz NASA-e, Penn State-a, Washington State-a, SETI instituta i mnogih drugih institucija. Nije loše napomenuti da je čuveni Aresibo teleskop pušten u rad 1963. godine a četiri godine kasnije je osnovan ovaj Univerzitet na kom radi pomenuti gospodin. Teleskop je završio svoj život, ali Univerzitet je ostao. Eto od kakve je važnosti imati na svojoj teritoriji neki ovakav projekat, makar i ograničen period. Oko takvih stvari se vremenom formira naučna baza, koja ostaje i regeneriše se nevezano da li inicijalni projekat oko kog su se okupili više uopšte postoji.

Autori kataloga nastanjivih egzoplaneta iz PHL-a su za sada 60 planeta definisali kao one koje ispunjavaju uslove i predstavljaju potencijalno nastanjive svjetove. Od njih, 1 planeta je približno marsovske veličine, 23 su zemaljske veličine (pri čemu je ovo širok okvir, treba napomenuti), a 36 su super Zemlje ili mini Neptuni. 

01

Potencijalno nastanjive egzoplanete poređane po udaljenosti od Zemlje

Svakako treba napomenuti da su svi faktori koji su korišćeni za pravljenje ovakvog spiska kandidata proizvod našeg poznavanja tipova života, koji za sada stoji na broju 1. Sasvim je logično da ćemo tražiti planetu koja ispunjava uslove slične nama, dok god ne nađemo život na nekom sasvim drugačijem mjestu u nema nezamislivim uslovima. Uostalom, možda nam se i sama definicija života jednog dana promijeni, ali, do tog momenta, ovu priču iz filozofske izmještamo u opipljivu i mjerljivu ravan. 

A ona kaže da su na ilustraciji iznad, egzoplanete za koje je najveća vjerovatnoća da imaju stjenoviti sastav i tečnu vodu na površini. Ispunjenost ovih uslova po našem dosadašnjem iskustvu kada je nastanak života u pitanju, imalo je učinak 1 od 1.  U tabeli ispod poređane su po ESI indeksu koji je objašnjen u daljem tekstu. Sve su poluprečnika koji je između 0.5 i 1.5 Zemljinih, sa masom od 0.1 do 5 Zemljinih masa. 

02

Nastavak spiska predstavljaju planete sa manjom vjerovatnoćom stjenovitog sastava i tečne vode na površini. Njihov poluprečnik je između 1.5 i 2.5 Zemljina radijusa, a masa između 5 i 10 Zemljinih masa.

03

Name – Ime planete, po NASA katalogu egzoplaneta.

Type – klasifikacija planeta po spektralnom tipu matične zvijezde (F, G, K, M), nastanjivoj zoni (vruće, toplo, hladno) i veličini  (miniterran, subterran, terran, superterran, jovian, neptunian) (primjer Zemlja = G-Warm Terran, Venera = G-Hot Terran, Mars = G-Warm Subterran).

Mass – Masa planete izražena u odnosu na masu Zemlje 

Radius – Poluprečnik planete izražen u odnosu na poluprečnik Zemlje 

Flux – Proječni zvjezdani fluks izražen u odnosu na  fluks na Zemlji

Teq - Ravnotežna temperatura u kelvinima (K) pod pretpostavkom da je albedo veze 0,3 (Zemlja = 255 K). Očekuje se da će površinske temperature biti veće od ravnotežne temperature u zavisnosti od atmosfere, koje su trenutno nepoznate (npr. srednja globalna temperatura površine Zemlje je oko 288 K ili 15°C).

Period – Orbitalni period u danima 

Distance – Udaljenost od Zemlje u svjetlosnim godinama

ESI - Indeks sličnosti sa Zemljom, mjera sličnosti sa Zemljinim zvjezdanim fluksom, masom i/ili radijusom (Zemlja = 1,0). Rezultati su sortirani prema ovom broju. Planete koje su slične Zemlji ne moraju nužno biti pogodnije za život, pošto ESI ne uzima u obzir sve faktore neophodne za nastanjivost.

(N) = novi članovi iz 2020. i 2021.

04

Slika iznad prikazuje sve planete u blizini naseljive zone (tamnija zelena nijansa je konzervativna naseljiva zona sa prvog spiska, a svjetlija zelena nijansa je optimistična naseljiva zona sa drugog spiska). Označene su samo one planete manje od 10 Zemljinih masa ili 2,5 Zemljina poluprečnika. Veličina krugova odgovara poluprečniku planeta.

Ono što prvo upada u oči je podatak da je čak 17 planeta najboljih kandidata unutar kruga od 41 svjetlosne godine udaljenosti. Mi raznorazne radio i TV signale emitujemo poslednjih sto godina i ako tamo ima civilizacije slične nama, to su mogli do sad detektovati. Sa druge strane, do nas još ništa nije stiglo iz njihovog smjera, tako da je logično zaključiti da ili im je takva tehnologija poprilično daleko, ili su je prevazišli pa i ne obraćaju pažnju na dozivanje iz našeg mravinjaka. 

Još jedna interesantna stvar kojom se bave u ovoj virtuelnoj laboratoriji je i softverski alat za generisanje fotorealističnih vizualizacija egzoplaneta. Taj softver koristi fizička svojstva egzoplaneta i njihovih matičnih zvijezda da generiše moguće scenarije za njihov vizuelni izgled viđen iz svemira. Mnogi parametri se mogu podesiti na osnovu procjena njihove atmosferske i površinske fizike i hemije. Uključuje rekonstrukciju realnog kretanja atmosferskih oblaka i vremenskih efekata. Ovo naučno sredstvo pokušava da reprodukuje fizičke i hemijske interakcije svjetlosti sa materijom na planetarnim razmjerama. To je poprilično dugotrajan proces za računare i nije pogodan za brze ili interaktivne prikaze egzoplaneta. 

55

Topla terestrička, potencijalno nastanjiva planeta oko crvenog patuljka

Ove lijepe slike se mogu pogledati ovdje a nadamo se da jednog dana neće biti samo produkt računarskog softvera već snimak sa nekog teleskopa koji će naslijediti Džejms Veb čije se lansiranje uskoro očekuje. I sam Veb će svakako dati gomilu novog materijala za poboljšanje ovog kataloga. 

A sada još malo o ESI indeksu. Indeks sličnosti Zemlji (ESI) je otvorena multiparametarska mjera sličnosti sa Zemljom za solarne ili ekstrasolarne planete kao broj između nula (bez sličnosti) i jedan (identičan Zemlji). Ove mjere sličnosti se za klasifikaciju, grupisanje, za pojednostavljenje poređenja planeta, identifikaciju planeta od interesa iz velikih baza podataka, davanje prioriteta naknadnim zapažanjima i izvođenje statističkih analiza o pojavi planeta sličnih Zemlji.

ESI naravno nije direktna mjera nastanjivosti, već formalno poređenje. Potraga za planetama sličnim Zemlji je sinonim za potragu za planetama sa ESI vrednostima bližim jedinici. Postoji mnogo načina na koje se ESI može matematički konstruisati u zavisnosti od potreba i dostupnih podataka. Jednom konstruisana, važnija stvar je kako tumačiti njene vrijednosti. 

Jednostavan ESI izraz, kao funkcija zvjezdanog fluksa i poluprečnika planete, koristi se za egzoplanete za koje nemamo više informacija od te dvije.

05

A veličine u jednačini su: S je zvjezdani fluks, R je poluprečnik, S⊕ je Zemljin sunčev fluks, a R⊕ je Zemljin poluprečnik. Ovaj ESI izraz koristi kvadratnu sredinu kao metriku udaljenosti. Izraz se može koristiti za one planete otkrivene tranzitnom metodom (npr. Kepler, TESS, Platon, itd.) gdje je poznat samo poluprečnik planete. Takođe se može proširiti na planete otkrivene metodom radijalne brzine (tj. HARPS) gdje je poznata samo masa pod pretpostavkom da je R = M1/3, gde je M masa planete (ili minimalna masa). 

No, može se ESI dobiti i u zavisnosti od više parametara.  U zavisnosti od poluprečnika, gustine, brzine oslobađanja i temperature površine. Korišćenjem ove ESI formulacije, svako planetarno tijelo sa ESI vrijednošću preko 0,8 može se smatrati planetom sličnom Zemlji. To znači da je planeta vjerovatno stjenovita i da ima umjerenu atmosferu. Planete sa ESI vrijednostima u opsegu od 0.6 do 0.8 (npr. Mars) mogu i dalje biti nastanjive jer nastanjivost zavisi od mnogih drugih faktora. 

06

Ovdje je xi planetarno svojstvo (npr. temperatura površine), xio je odgovarajuća zemaljska referentna vrijednost (npr. 288 K), wi je težinski eksponent, n je broj planetarnih svojstava. Težinski eksponenti se koriste za podešavanje osjetljivosti skale i izjednačavanje njenog značenja između različitih svojstava. U praksi, za egzoplanete se koristi onaj prvi izraz jer su parametri koje imamo samo fluks, poluprečnik i masa. 

Ovakve stvari mogu imati višestruki značaj. Recimo, može se pretpostaviti koliko planeta sličnih Zemlji možemo otkriti oko određenih zvjezdanih sistema. Što veća baza poznatih objekata, to će i naša predviđanja biti preciznija. 

U naredne dvije decenije, misije za proučavanje ekstrasolarnih planeta moći će da otkriju i uzorkuju svjetlost pojedinačnih ekstrasolarnih planeta sličnih Zemlji. Konkretno, svjetlosne krive se mogu koristiti za identifikaciju dnevnih i sezonskih promjena na njihovoj površini. Kompjuterske simulacije i posmatranja Zemlje i drugih planeta sugerišu da se mogu identifikovati čak i površinske karakteristike kao što su zemljište, okeani i ledena područja. Međutim, mnogi faktori kao što su parametri orbite, fazni ugao, godišnja doba i vrijeme (tj. oblaci) će otežati fotometrijsko tumačenje ovih karakteristika površine. No i to se može rešavati upotrebom dinamičke kompjuterske simulacije koja koristi paleogeografiju Zemlje. 

Na narednim slikama prikazani su kompjuterski modeli RGB svetlosnih krivih relativne refleksivnosti za punu rotaciju planeta Sunčevog sistema. Sledeći korak u ovim simulacijama će implementirati sintetičke infracrvene slike dodate RGB informacijama.

07

Kompjuterska simulacija rotacije Zemlje u toku jednog dana

08

Kompjuterska simulacija rotacije Marsa u toku jednog dana

09

Kompjuterska simulacija rotacije Merkura u toku jednog dana

10

Kompjuterska simulacija rotacije Venere u toku jednog dana

Posmatrajući Zemlju u toku njene dnevne rotacije, uočava se da je kontrast područja kopna i okeana uočljiviji između crvenog i plavog filtera. Struktura kopnene mase je uočljivija pri malim faznim uglovima. Na Marsu postoje neke varijacije usled karakteristika površine. I na Merkuru su primjetne neke male varijacije, dok se na Veneri praktično ne mogu detektovati. Planete sa gustom atmosferom ne pokazuju skoro nikakve varijacije na krivim svjetlosti u bilo kojoj boji.

Još jedan od softvera koji su realizovali detektuje VVI ili indeks vidljive vegetacije (The Visible Vegetation Index), naravno, na primjeru Zemlje. Koristi informacije iz vidljivog spektra a poznato je da su informacije u bliskom infracrvenom spektru neophodne za razlikovanje i odvajanje vegetacije od tla ili ledenih površina na satelitskim snimcima. No, VVI je alternativni postupak koji koristi samo informacije u vidljivom spektru mjerenjem količine zelene boje u regionu koristeći indekse sličnosti. I ova alatka će se razvijati u budućnosti i vjerovatno jednog dana biti korisna za pretragu za zelenom bojom na nekom nepoznatom svijetu.

No, potraga za životom će biti učinkovitija ako tražimo najjaednostavnije oblike života kao što su mikroorganizmi. Ejrena ili Irena je u grčkoj mitologiji bila boginja mira i proljeća. Igrom slučaja ili možda i ne, koleginica gospodina Mendeza koji je alfa i omega cijelog ovog projekta se zove upravo Irena. Na njenu molbu da napravi zelene sfere sa slike ispod, čovjek je to uradio i nazvao ih irenosfere, ili ejrenosfere, kako god.

11

Irenosfera (zelene sfere) za Zemlju i Veneru i astrobiološki relevantna planetarna tijela: Mars, Evropu, Titan i Enkelad. Oni predstavljaju maksimalnu zapreminu koja je dostupna za život mikroba na planetarnim skalama na osnovu srednjih površinskih ili podzemnih temperatura i pritisaka planete ili satelita

Irenosfera je region u planetarnom tijelu sa odgovarajućim stanjem fizičkog okruženja za podršku mikrobnom životu koji je ograničen samo temperaturom i pritiskom. Dakle, ne uzima u obzir sve uslove za život, kao što je dostupnost vode, već predstavlja maksimalnu zapreminu na planetarnim skalama koja je dostupna za potencijalna staništa. Na Zemlji, irenosfera obuhvata biosferu i djelove atmosfere, litosfere i hidrosfere. Irenosfera Marsa, Evrope, Titana i Enkelada nalazi se u njihovoj podzemnoj površini, dok je na Veneri u gornjoj atmosferi.

Irenosfera može da podrži biosferu ako su prisutni samo svi ostali uslovi života u relativno stabilnim uslovima. Slučaj Venere je dobar primjer za poređenje, jer iako Venera ima veću irenosferu od Zemlje u svojoj gornjoj atmosferi, ovaj region je veoma suv i nestabilan, pa čak i ako se mikrobiološki život ubrizga u ovo „podnošljivo područje“, atmosferska cirkulacija će ga na kraju sterilisati u mnogo toplijoj nižoj atmosferi. Dakle, Venerina irenosfera samo pokazuje koliko prostora "protraćenog za život" ima. Sa druge strane, slučaj Evrope i Enkelada je zanimljiviji jer vjerujemo da su voda i drugi sastojci za život prisutni u njihovim irenosferama.

12

Tabela prikazuje irenosfere za različita tijela, optimalnu dubinu nastanjivosti, koeficijent nastanjivosti, te odnos irenosfere u odnosu na ukupnu zapreminu

Irenosfere su izračunate u zavisnosti od poznatih granica mikrobnog života, onako kako ga mi sada poznajemo. Enkelad pokazuje najveću srednju globalnu nastanjivost u Sunčevom sistemu, ali i najmanju zapreminu i ona je veoma duboko u unutrašnjosti tijela. Samo Evropa i Enkelad imaju veliki odnos zapremine irenosfere i planete. Titan ima najnižu nastanjivost jer su po dubini podnošljive temperature ali su pritisci previsoki. I kao što već rekosmo, irenosfera Venere je veća od Zemljine, ali džaba.

Ukupno gledano, metode pretrage i detekcije života sve brže napreduju. Poligon za vježbanje imamo ovdje na Zemlji i u cijelom Sunčevom sistemu. Usavršavanjem ovih metoda bićemo u stanju da jednog dana bacimo pogled i van našeg najbližeg okruženja. Uskoro ćemo moći da detektujemo hemijske sastave atmosfera dalekih egzoplaneta. To se može izmjeriti tako što se pažljivo mjeri smanjenje jačine svijetla zvijezde dok planeta prolazi između nas i zvijezde tokom orbite planete. Gasovi u atmosferi planete izazivaju smanjenje jačine svijetla koje varira u dužini talasa - ili boji, otkrivajući informacije o tome koliko je svaka hemikalija prisutna. U red za detektovanje atmosfera dalekih planeta, sem pomenutog I dugo iščekivanog Džejmsa Veba stoji i trojka simpatično praktičnih imena: Ekstremno veliki teleskop, Džinovski magelanski teleskop i Teleskop od trideset metara. Da li će neki od ovih 60 potencijalno nastanjivih kandidata uskoro da osvane u naslovima mas-medija, ostaje da čekamo, nauka i tehnika su sve spremnije da im daju opipljivog materijala.

Linkovi:

http://phl.upr.edu/ The Planetary Habitability Laboratory (PHL)

https://exoplanetarchive.ipac.caltech.edu/ NASA EXOPLANET ARCHIVE


Simulacije egzoplaneta

Nastanjiva zona


 


Dodaj komentar