Gorące tematy: Wolni i Solidarni Smoleńsk Zostań BLOGEREM! RSS Kontakt
Uwaga! Wygląda na to, że Twoja przeglądarka nie obsługuje JavaScript. JavaScript jest wymagany do poprawnego działania serwisu!
3994 posty 1863 komentarze

Bogusław Jeznach

Bogusław Jeznach - Dzielić się wiedzą, zarażać ciekawością.

Blade błękitne kropki

ZACHOWAJ ARTYKUŁ POLEĆ ZNAJOMYM

AD ASTRA (27): Szukanie egzoplanet staje się coraz bardziej wyszukane. Mówiono o tym ciekawie na noworocznej konferencji AAS w Seattle.

           Kiedy w 1990 roku Voyager zrobił z kosmosu zdjęcie naszej Ziemi, było ono szokiem dla nauki głównie z tego powodu, że tak niewiele było na nim widać. Prof. Carl Sagan, żydowski astronom i egzobiolog z USA  (jego rodzice pochodzili z Kamieńca Podolskiego) opisał to zdjęcie po prostu jako „bladą błękitną kropkę” (pale blue dot). Sonda kosmiczna Voyager była wtedy oddalona od Ziemi o 6 miliardów kilometrów. To pozwala nam wyobrazić sobie, jak blada byłaby ta sama kropka, gdyby zdjęcie Ziemi zrobiono z odległości 113 000 miliardów km.  A właśnie tyle dzieli nas od najbliższej stwierdzonej egzoplanety, czyli takiej, która krąży wokół gwiazdy innej niż Słońce. Daje to nam pewne pojęcie o zadaniu przed jakim stoją łowcy takich ciał niebieskich (właściwiej byłoby powiedzieć: ciał błękitnych). Potrzeba warunków zaiste nadzwyczajnych, aby którykolwiek z nich mógł dojrzeć okiem to czego szuka. Przeważnie muszą się zadowolić ‘śladem cienia’ szukanych obiektów, takich jak np. lekkie drgnięcie w intensywności światła obserwowanej gwiazdy, w momencie gdy przed obliczem takiej gwiazdy ma miejsce zjawisko ‘przejścia’ obecnej tam planety.

Skoro jednak do dyspozycji astronomów są tylko obserwacje pośrednie, to muszą oni zrobić z nich jak najlepszy użytek. I to był właśnie wiodący temat noworocznego spotkania Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego (AAS) w Seattle.

Jak dotąd najbardziej skutecznym łowcą egzoplanet jest Kepler, specjalny satelita wystrzelony w 2009 przez amerykańską agencję kosmiczną NASA, który zbierał dane metodą wyłapywania przejść planet na tle gwiazd, dopóki nie uległ mechanicznej awarii w 2013 roku. Udało się  naprawić go zdalnie, ale dopiero bardzo niedawno zaczął znów przysyłać dane. Na szczęście także i z tego, co uzbierał i przysłał w pierwszej fazie, tj. do roku 2013, nadal sporo się wyczesuje. Douglas Caldwell z SETI Institute w kalifornijskim Mountain View, który jest jednym z głównych naukowców w misji Keplera, mógł w Seattle na podstawie tych właśnie starych danych obwieścić odkrycie ośmiu nowych egzoplanet.

Trzy z tych ośmiu krążą wokół swoich słońc w tzw. pasie zamieszkiwalnym, czyli dość blisko, aby woda na ich powierzchni mogła nie zamarznąć i dość daleko aby nie wyparowała z gorąca. Jedna z nich, zarejestrowana jako Kepler 438b wygląda na szczególnie podobną do Ziemi. Jest wprawdzie trochę większa i trochę cieplejsza od Ziemi, ale prawdopodobnie jest twardym lądem stałym. Oznacza to, że zasługuje na szczególnie uważne studiowanie w przyszłości.

Nowymi sposobami badania egzoplanet interesuje się szczególnie Victoria Meadows, profesor astronomii i astrobiologii z Uniwersytetu Washington. Przedstawiła ona referat o metodach pomiaru ciśnienia atmosferycznego na odległych egzoplanetach. Tylko wtedy bowiem, gdy ciśnienie to jest dostatecznie wysokie, woda w stanie ciekłym ma szanse utrzymać się na powierzchni planety. Ponieważ, jak można wnioskować na podstawie dotąd jedynego znanego przykładu – czyli Ziemi – woda w stanie ciekłym jest warunkiem rozwoju życia, znajomość ciśnienia atmosferycznego innych planet pozwoli lepiej zawęzić poszukiwania tej właściwej.

Prof. Meadows proponuje, aby pomiar ten wyprowadzić z obserwacji tlenu atmosferycznego takiej planety. Gaz ten występuje przeważnie pod postacią molekuł dwuatomowych (O2), leciutko tylko przyprószonych trójatomowymi (O3), które znamy jako ozon. Zawiera jednak również tzw. dimery O2. Są to zbitki par atomów tlenu, które nie są powiązane ze sobą na tyle mocno, aby uznać je za cząsteczki na własnych prawach. (W przypadku innych związków chemicznych są to przeważnie dwucząteczkowe kawałki rozerwanego łańcucha polimerowego.) Liczba dimerów tlenu w masie tego gazu zależy od ciśnienia atmosferycznego – im jest ono wyższe, tym więcej dimerów tworzą ściśnięte ze sobą cząsteczki O2. Ponieważ molekuły O2 w wersji solo oraz te ściśnięte do postaci dimerów absorbują odmienne częstotliwości światła, stwarza to możliwość ustalenia ciśnienia atmosferycznego poprzez obserwacje i analizę widma światła  gwiazdy, które przechodzi przez atmosferę danej planety. Niestety, dotychczas nie istnieje instrument o odpowiedniej czułości, który mógłby posłużyć do wypróbowania techniki zaproponowanej przez panią Vikki Meadows. Ale to się może zmienić w roku 2018, jeżeli zgodnie z powziętym planem i budżetem (8,7 mld USD!) NASA wyśle na pięć lat w przestrzeń Kosmiczny Teleskop James Webb (James Webb Space Telescope, JWST). Ma on tam być następcą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, ale będzie ważył 3x mniej, miał średnicę zwierciadła 2,5x większą  i w odróżnieniu od Hubble’a będzie prowadzil obserwacje w podczerwieni.    

Prof. Meadows interesuje się również i samą wodą na odległych planetach, a zwłaszcza techniką, która pozwoli na bezpośrednie wykrywanie na ich powierzchni obecności oceanów. Ocean działa jak lustro. Jaskrawe odbicie z takiego lustra, gdyby udało się je stwierdzić (znów: bardziej czułymi przyrządami niż obecnie dostępne) byłoby potwierdzeniem istnienia wodnego oceanu na powierzchni planety. Optymalny moment, aby zobaczyć to z Ziemi jest wtedy, gdy gwiazda stoi niemal dokładnie za plecami planety. Tylko wtedy błysk oceanu na krawędzi planety zapewni taką jaskrawość, jakiej sucha skała dać nie może.

Sztuczki tej już właściwie próbowano obserwując oceany na powierzchni Ziemi z próbnika zainstalowanego na powierzchni Księżyca. Właśnie wyniki tego eksperymentu pozwoliły pani Meadows wykalibrować swoje oczekiwania pod względem tego, co by się dało zaobserwować z odległych egzoplanet. Jej wniosek jest taki, że da się to osiągnąć jeśli powstanie instrument nazwany Exo-C (Exoplanetary Coronagraph), obecnie będący jeszcze wciąż na deskach projektantów NASA, który pozwoli na uzyskiwanie wysoko kontrastowych obrazów mrugnięć odległych planet przemykających w pobliżu dalekich gwiazd.   

To, czy na egzoplanetach byłyby rzeczywiście takie oceany do odkrycia, było tematem referatu dr Laury Schaefer z Harvard Smithsonian Centre for Astrophysics. Zbudowała ona model komputerowy, który usiłuje pokazać z jaką szybkością mogą powstawać oceany na różnych typach planet. 

Nie jest to tylko pytanie o ogólną masę wody na planecie. Np. na Ziemi ok. 50-90% wody jest związane w minerałach i wcale nie może pływać sobie swobodnie na powierzchni. Minerały te są jednak ciągle podgrzewane, ugniatane i przesuwane przez ruchy płyt w ziemskiej tektonice, i jest to proces, który okazyjnie uwalnia z minerałów ich wodną zawartość. Pani Schaefer założyła, że podobne procesy mogą zachodzić także na odległych planetach skalistych. Jest to odważne założenie, jeśli zważyć, że najbliższe nam planety – Mars, Wenus i Merkury – nie wykazują śladów płyt tektonicznych ani ich ruchów na swej powierzchni. W modelu Schaefer znalazła się jednak pełna informacja o ziemskim wielkim cyklu hydrologicznym.

Schaefer pozwoliła planetom w swoim modelu ewoluować przez 10 miliardów lat, ponieważ jest to typowy okres życia gwiazdy z tego typu, wokół jakiego krąży większość znanych planet. Zauważyła, że faktycznie, przeważnie powstają na nich oceany, aczkolwiek według różnych schematów. Na planecie wielkości Ziemi dość głębokie oceany pojawiają się szybko – w ciągu ok. 500 mln lat – ale potem stają się już tylko coraz płytsze.  Natomiast na planecie o masie 5x większej od Ziemi stosunkowo płytki ocean formuje się przez miliard lat, ale potem stopniowo robi się on coraz głębszy.

Jeżeli oceany mają rzeczywiście kluczowe znaczenie dla powstania życia, model pani Schaefer sugeruje, że biologia może zacząć się raczej na planecie wielkości Ziemi, pod warunkiem – tak jak zakłada przyjęty model – że planeta taka ma ten sam lub zbliżony skład chemiczny do Ziemi. Ale stwierdzenie z czego składają się skały na egzoplanetach jest trudniejsze niż analiza ich „powietrza”. Na szczęście kilka niezwykłych przypadków rzuca trochę światła także i na to zagadnienie.   

Dwie znane egzoplanety krążą wokół swoich gwiazd tak blisko, że ich skaliste powierzchnie smażąc się po prostu wyparowują. Obie zatem ciągną za sobą pyliste ogony, które można obserwować przez teleskopy i porównywać z modelami próbując ustalić, co zawierają. Rik van Lieshout z Anton Pannekoek Institute of Astronomy Uniwersytetu w Amsterdamie zajął się tym właśnie zagadnieniem i w grudniu 2014 opublikował na ten temat pracę pt.Dusty tails of evaporating exoplanets. Constraints on the dust composition.” (Pyliste ogony parujących egzoplanet. Ograniczenia w składzie pyłów).  Wniosek z jego pracy jest taki, że ogony, jakie ciągną za sobą te dwie dalekie planety, składają się albo z bogatych w zelazo związków krzemu, albo z krystalicznej formy tlenku glinu (Al3O3), czyli substancji, która jeśli ma jakość gemmy lub klejnotu jest na Ziemi znana jako szafir. Mamy więc już na niebie nie tylko blade błękitne kropki, ale i blade szafirowe smugi. Astronomia jest nie tylko ciekawa, ale i piękna.

Bogusław Jeznach

 

KOMENTARZE

Brak komentarzy. Bądź pierwszy!

OSTATNIE POSTY

więcej

ARCHIWUM POSTÓW

PnWtŚrCzPtSoNd
  12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
27282930