Dengan penemuan suasana di exoplanets, nampaknya tergesa-gesa

Dengan penemuan suasana di exoplanets, nampaknya tergesa-gesa

Boris Stern,
Astropisika, Institut Penyelidikan Nuklear, RAS
"Trinity Option" №8 (227), 25 April 2017

Boris Stern

"Ahli astronomi telah menemui atmosfera exoplanet jenis daratan" – berita di bawah tajuk ini terbang di seluruh dunia pada awal April 2017. Planet dalam saiz (1.2-1.4 RH) dan berat (1.6 ± 0.5 M)H) serupa dengan Bumi, tetapi tidak sesuai untuk kehidupan – terlalu dekat dengan bintang. Suhu keseimbangan untuk planet ini kira-kira 650 Kelvin, iaitu, terlalu panas. Bintang GJ 1132 adalah kerdil merah, masa yang diambil planet untuk mengorbit bintang adalah 1.6 hari.

Ia adalah tentang planet GJ 1132 b, yang terletak 39 tahun cahaya dari kami. Sumber berita itu adalah artikel kumpulan internasional (John Southworth et al.), Diterbitkan dalam jurnal Astronomi Jurnal [1]. Data diperolehi di salah satu teleskop di Balai Cerap Selatan Eropah di Chile.

Ia akan menjadi berita baik dan penting jika ia benar. Hakikatnya baru-baru ini terdapat planet-planet jenis terestrial di zon yang boleh dihuni oleh kerdil merah Proxima b [2] dan TRAPPIST-1 [3]. Proxima Centauri adalah bintang yang paling dekat dengan kami, dan dalam sistem TRAPPIST-1 terdapat tujuh planet sekaligus, sekurang-kurangnya tiga daripadanya berada di zon yang boleh dihuni. Iaitu, cecair boleh wujud di permukaan planet-planet ini.Tetapi kerdil merah adalah bintang yang sangat bermasalah kerana aktiviti magnet yang kuat. Mereka adalah suar bintang yang paling kuat, mereka memancarkan angin yang kuat dan sinaran keras.

Untuk sistem TRAPPIST-1, penyinaran sinar-X dari planet adalah tiga perintah magnitud yang lebih tinggi daripada Bumi, angin bintang lebih kuat dalam perkadaran yang sama, dan ia adalah masalah utama bagi asal usul kehidupan. Dia, kira-kira bercakap, meniup atmosfer planet, ketika dia meniup kebanyakan suasana Marikh. Satu-satunya pertahanan atmosfera adalah medan magnet yang kuat di planet ini yang menahan tekanan angin bintang. Rupa-rupanya, medan planet diperlukan lebih kuat daripada bumi, yang bermasalah disebabkan oleh putaran yang lebih lambat dari planet-planet yang disenaraikan di sekeliling paksinya.

Rajah. 1. Keluk cahaya bintang GJ 1132 sebagai planet melewati cakera, diambil dalam kumpulan spektrum yang berbeza. Band g, r, I – optik, z – julat inframerah berhampiran. Kelebihan empat teratas (atas ke bawah) band g, r, i, z dari artikel, bahagian bawah tiga – hasil karya lain ("TrV" No. 8 (227), 04/25/2017) ') "> Rajah. 1. Keluk cahaya bintang GJ 1132 sebagai planet melewati cakera, diambil dalam kumpulan spektrum yang berbeza. Band g, r, I – optik, z – julat inframerah berhampiran.Kelebihan empat teratas (atas ke bawah) band-band g, r, i, z dari artikel, bahagian bawah tiga – hasil kerja lain ("TrV" No. 8 (227), 04/25/2017) "border = 0> Rajah. 1. Keluk cahaya bintang GJ 1132 sebagai planet melewati cakera, diambil dalam kumpulan spektrum yang berbeza. Band g, r, I – optik, z – julat inframerah berhampiran. Kelebihan empat teratas (atas ke bawah) band g, r, i, z dari artikel, tiga bahagian bawah – hasil kerja lain

Dan di sini planet kumpulan terestrial dijumpai, yang lebih dekat dengan bintang daripada Proxima b dan planet TRAPPIST-1, sementara atmosferanya telah dipelihara! Ini bermakna bahawa planet-planet lain, yang lebih sejuk, yang berputar di sekitar kerdil merah, juga boleh memelihara atmosfera! Jadi mereka boleh sesuai untuk hidup! Luar biasa akan menjadi bukti jika hasilnya betul.

Kenapa saya menggunakan subjunctive? Hakikatnya adalah bahawa pada bulan Disember 2016, apabila terbitan elektronik karya yang disebutkan di atas telah diterbitkan, saya terkena akibat besarnya kesan yang besar itu.

Itulah yang sebenarnya dijumpai. Planet ini adalah satu transit, iaitu, untuk pemerhati bumi, ia melintasi cakera bintangnya, sebab itu kecerahan bintang yang dijejali jatuh sedikit demi sedikit.Terima kasih kepada harta ini dia ditemui. Titik berkala secara berkala dalam tempoh yang sama – ini adalah tanda jelas planet ini. Bumi memejamkan Matahari dengan hanya satu sepuluh ribu, tetapi ini dapat dikesan dari jarak seribu tahun cahaya.

Dengan mengukur lengkung cahaya bintang, adalah mungkin untuk menentukan saiz planet dengan kedalaman "palung" yang disebabkan oleh laluan bumi (Rajah 1). Mengikut data dalam julat optik, radius GJ 1132 b diperoleh sama dengan 1.37 radius Bumi. Dan dalam jarak dekat inframerah (penapis z, kira-kira 900 nanometer) ia adalah hampir 1.6 jejari bumi, dan kepentingan statistik perbezaan ialah 4 s (Rajah 2).

Bagaimanakah perbezaan ini ditafsirkan oleh ahli astrofizik? Katakan planet ini mempunyai atmosfera. Dalam jarak optik, ia adalah telus, sekurang-kurangnya di atas paras awan, jika terdapat awan di planet ini. Ketelusan yang lebih rendah memberi kurang jejari. Tetapi dalam jarak dekat inframerah, wap air diserap oleh radiasi. Ini terjadi di Bumi: secara purata, di atmosfer bumi kira-kira 0.25% wap air – ia menyerap kira-kira satu perempat sinaran luar di wilayah 900 nanometer. Jika anda melihat Bumi melawan latar Matahari, maka pada 900 nanometer ia akan kelihatan sedikit lebih daripada cahaya yang kelihatan. Perbezaan radius yang kelihatan akan kecil – kira-kira 15-20 km, bergantung kepada latitud.Dan dalam kes planet GJ 1132 b, perbezaan yang sama ialah 0.2 jejari bumi – lebih daripada seribu kilometer! Bagaimana keadaannya?

Rajah. 2 Radius yang kelihatan planet ini, diekstrak daripada data yang ditunjukkan dalam Rajah. 1 untuk julat spektrum berbeza. Dua jauh tersisa mata bertentangan satu sama lain, diperolehi oleh penulis yang berbeza. Titik kerja yang dibincangkan adalah di bawah. Atas dari kerja: Berta-Thompson Z. K., et al. // Alam, 2015, 527, 204\’)”> Rajah. 2 Radius yang kelihatan planet ini, diekstrak daripada data yang ditunjukkan dalam Rajah. 1 untuk julat spektrum berbeza. Dua jauh tersisa mata bertentangan satu sama lain, diperolehi oleh penulis yang berbeza. Titik kerja yang dibincangkan adalah di bawah. Atas dari kerja: Berta-Thompson Z. K., et al. // Alam, 2015, 527, 204 "border = 0> Rajah. 2 Radius yang kelihatan planet ini, diekstrak daripada data yang ditunjukkan dalam Rajah. 1 untuk julat spektrum berbeza. Dua jauh tersisa mata bertentangan satu sama lain, diperolehi oleh penulis yang berbeza. Titik kerja yang dibincangkan adalah di bawah. Atas dari kerja: Berta-Thompson Z. K., et al. // Alam, 2015, 527, 204

Sudah tentu, beberapa perbezaan ini dalam julat optik dan inframerah boleh dijelaskan oleh suhu pada exoplanet. Terdapat dua kali lebih besar (dalam darjah Kelvin), jadi dua kali ganda (ketumpatan pada tekanan yang diberi dua kali lebih rendah). Tetapi masih, kesannya diperoleh dalam puluhan, bukan ribuan kilometer.

Dengan bantuan suasana yang lebih tebal dan lembap, anda boleh menarik lebih banyak perbezaan, di suatu tempat sehingga beratus-ratus kilometer. Tetapi anda tidak dapat melompat lebih tinggi; ketumpatan atmosfera berkurang dengan ketinggian dengan ketinggian. Bagi Bumi, pemalar dalam pameran adalah 7 km. Sekiranya atmosfera GJ 1132 b sama dalam komposisi ke bumi (dikuasai oleh N2) atau Venusian (dikuasai oleh CO2), maka tekanan di dalamnya akan jatuh setiap 10-15 km. Oleh itu, kesan yang dijangkakan penyerapan dalam kumpulan kira-kira 900 nanometer untuk atmosfer bumi atau jenis Venus adalah suatu perintah magnitud yang lebih kecil daripada yang diisytiharkan untuk planet GJ 1132 b. Jadi menentukan formula barometrik.

Tetapi ini berlaku untuk atmosfera seperti bumi, Mars atau Venus – nitrogen, karbon dioksida. Dan jika anda mengambil suasana Jovian – hidrogen + helium – dan pasangkannya ke planet seperti bumi? Kemudian ia akan menjadi suatu perintah magnitud atmosfer yang lebih besar – molekul hidrogen adalah 14 kali lebih ringan daripada molekul nitrogen, belum lagi CO2. Ingat: pada tekanan tertentu, jumlah molekul per unit volum tidak bergantung kepada berat molekul. Ini bermakna bahawa ketinggian penurunan tekanan akan menjadi lebih besar daripada magnitud. Di dalam suasana sedemikian, di mana gas utama adalah hidrogen, wap air sebenarnya boleh berada dalam kuantiti yang cukup pada ketinggian 1000 km.

Penulis artikel memahami bahawa atmosfera hidrogen diperlukan untuk menjelaskan hasilnya, dan membandingkannya dengan pengiraan yang dibuat khusus untuk suasana yang dikuasai oleh hidrogen. Dan data yang diperoleh kira-kira bertepatan dengan hipotesis mereka. Tetapi …

Pertimbangkan jadual yang diterima umum dari atmosfera planet yang meletus (Rajah 3). Mendatar – suhu keseimbangan, menegak – ruang kedua untuk planet ini. Jika titik sepadan dengan planet ini adalah di bawah garis putus-putus yang ditunjukkan oleh H2maka hidrogen melarikan diri dari atmosfera kurang dari masa kewujudan sistem solar. Titik sepadan dengan GJ 1132 b, terletak jauh lebih mendalam daripada Bumi.

Rajah. 3 Diagram mencirikan kebocoran atmosfera komposisi yang berbeza bergantung kepada keadaan di planet ini. Sepanjang paksi mendatar – suhu keseimbangan ditentukan melalui keseimbangan penyerapan dan radiasi badan hitam. Suhu sebenar di permukaan planet, dan terutama di dalam eksosfera, adalah lebih besar daripada suhu keseimbangan. Paksi menegak – halaju kosmik kedua untuk planet ini. Garis putus-putus menunjukkan kebocoran gas yang diberikan semasa wujudnya sistem suria. Di bawah – kebocoran berlaku lebih cepat, dan kadar kebocoran bergantung secara eksponen pada ruang kedua "border = 0>Rajah. 3 Diagram mencirikan kebocoran atmosfera komposisi yang berbeza bergantung kepada keadaan di planet ini. Sepanjang paksi mendatar – suhu keseimbangan ditentukan melalui keseimbangan penyerapan dan radiasi badan hitam. Suhu sebenar di permukaan planet, dan terutama di dalam eksosfera, adalah lebih besar daripada suhu keseimbangan. Paksi menegak – halaju kosmik kedua untuk planet ini. Garis putus-putus menunjukkan kebocoran gas yang diberikan semasa wujudnya sistem suria. Di bawah – Kebocoran berlaku lebih cepat, dan kadar kebocoran bergantung pada eksponen pada kedua

Gambar tidak tepat – suhu keseimbangan dijelaskan sepanjang paksi mendatar, dan kadar pelepasan bergantung kepada suhu di exosphere (jauh lebih tinggi), yang mungkin bergantung pada beberapa keadaan. Tetapi ia secara kasar menunjukkan skala bencana. Dan skala ini sangat besar.

Hakikatnya ialah kadar pelarian hidrogen bergantung pada jarak ke garisan H.2 dalam rajah. 3 secara eksponen. Biasanya, halaju termal molekul adalah kurang daripada halaju kosmik kedua dan molekul melarikan diri pada eksponen ekor jatuh dari taburan Maxwell.Oleh itu, di planet yang panas dengan potensi graviti dekat Bumi, kadar pelepasan hidrogen akan lebih tinggi daripada di Bumi, tidak banyak kali, tetapi pesanan magnitud. Di Bumi, masa melepaskan atmosfera hidrogen adalah perintah magnitud yang lebih pendek daripada masa kewujudannya.

Saya ulangi bahawa penulis artikel tidak membincangkan masalah ini sama sekali. Artikel penulis lain mengenai topik ini berhubung dengan planet ini lagi. Mereka mungkin sedang ditulis sekarang. Mungkin ada orang yang mencari kelemahan – bagaimana untuk mengekalkan suasana yang dikuasai hidrogen dalam keadaan sedemikian. Saya fikir ia tidak mudah. Saya hanya boleh membuat beberapa pertimbangan metodologi umum.

Kenyataan mengenai suasana panas yang dikuasai oleh hidrogen planet planet yang agak lama adalah milik kelas kecemasan. Suasana sedemikian tidak fizikal, walaupun ia dapat dibenarkan dengan bantuan beberapa regangan. Ada kata yang baik oleh Karl Sagan: tuntutan melampau memerlukan kesaksian yang luar biasa. Bolehkah pengukuran hasil dengan kepentingan statistik 4 sigma dianggap sebagai bukti luar biasa? Secara teorinya, kebarangkalian turun naik data rawak setiap 4Sigma adalah urutan satu sepuluh-ribu.Tetapi seseorang yang berkenalan dengan kesusasteraan sains dalam bidang astrofizik hanya akan tersipu-sipu.

Bilangan kesan yang tidak disahkan dengan signifikansi statistik 4 sigma mungkin melebihi bilangan yang disahkan. Dalam fizik tenaga tinggi, 4 sigma lebih dihormati, kerana keadaan eksperimen lebih baik dikawal di sana, dan dalam astrofizik masalah menentukan kepentingan statistik sering sukar.

Ia juga rumit dalam kes ini, jadi anggapan bahawa penulis meremehkan kesilapan pengukuran adalah lebih berkemungkinan daripada anggapan suasana yang dikuasai hidrogen dalam keadaan ini. Selain itu, data kerja yang berbeza bertentangan antara satu sama lain: nilai radius planet dalam kerja sebelumnya ternyata menjadi 0.2 Radius bumi yang lebih kecil, mata bagi band g dari pekerjaan yang berbeza menyimpang oleh lebih daripada 3 sigma (Rajah 2).

Planet-planet besar mempunyai atmosfera hidrogen (lihat Rajah 3), dan ia dijumpai dalam beberapa eksoplanet dengan cara yang sama menggunakan Hubble, yang mempunyai kepekaan yang lebih tinggi. Ini adalah Jupiters panas dan Neptune panas. Ada kemungkinan planet-planet seperti Bumi juga mempunyai atmosfera berhampiran kerdil merah, tetapi mereka tidak dikesan oleh teleskop berasaskan darat dan tidak di dalam gigi Hubble.

Kemungkinan besar, mereka akan dapat mendaftar teleskop ruang angkasa baru "James Webb", yang akan dilancarkan tahun depan. Mari tunggu, tidak lama.


1. Versi awam yang tersedia diterbitkan dalam arkib prabayar elektronik.
2. B. Stern Adakah Proxima Centaurus Mempunyai Kehidupan? Trv-Nauka, No. 212, 6 September 2016
3. Stern B. E. Hope … untuk kehidupan exoplanetary // TrV-Science, №223 dari 28 Februari 2017


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: