Bildnachweis: John Rowe
Die Suche nach erdähnlichen Planeten beginnt mit der Suche nach sonnenähnlichen Sternen. Die Astronomin Maggie Turnbull wurde gebeten, aus einer Gesamtliste von 2.350 Sternen, die innerhalb von hundert Lichtjahren von uns entfernt sind, eine kurze Liste von dreißig Kandidatensternen zu erstellen, die unserer eigenen Sonne sehr nahe kamen. Diese kurze Liste mit 37 Edelsteinen wird von der Mission Terrestrial Planet Finder verwendet, die nach bewohnbaren Planeten sucht, indem sie nach dem sichtbaren Licht von Sauerstoff oder Wasser auf einem erdähnlichen Planeten sucht - ein sicheres Lebenszeichen.
Der siebenunddreißigste westlichste Stern im Sternbild, Zwillinge, ist ein gelb-orangefarbener Stern wie unsere eigene Sonne. Der Stern heißt 37 Geminorum, aber für die Astrophysikerin Margaret Turnbull ist der Stern etwas Besonderes, da er eine Fallstudie bietet, in der überlegt wird, was als guter Kandidat für die Unterbringung bewohnbarer Planeten in Frage kommt.
Bei der Erstellung ihrer Liste von Sternen, die Planeten mit flüssigem Wasser und Sauerstoff unterstützen könnten, muss sie Sonnen ausschließen, die extrem sind: entweder zu jung oder zu alt, die sich zu schnell drehen oder deren Helligkeit variabel genug ist, um bei jedem ein klimatisches Chaos zu verursachen nahe Welt.
In einer Entfernung von 56,3 Lichtjahren hat der Stern 37 Gem noch keine verräterischen Anzeichen dafür, dass er solche Planeten oder Planeten hat - aber zukünftige NASA- und europäische Teleskope versuchen, Sterne wie 37 Gem anzuvisieren, da sie sich teilen könnten Einige der gleichen Eigenschaften, die unser eigenes Sonnensystem bewohnbar gemacht haben. Bisher wurden mit bodengestützten Teleskopen mehr als 100 extrasolare Planeten gefunden, und Schätzungen für die Gesamtzahl solcher Planeten in unserer Galaxie können sich auf Milliarden von Kandidatenwelten belaufen.
Maggie Turnbull, die an der Universität von Arizona in Tucson arbeitete, wurde gebeten, eine kurze Liste von 30 Sternenkandidaten zu erstellen, die anderen Sonnen am ähnlichsten waren, die die Bedingungen für das Gedeihen des Lebens unterstützen konnten. Die Suche nach Sternen in weniger als einhundert Lichtjahren Entfernung ergab etwa 2.350 Sterne, die weiter berücksichtigt werden sollten.
Turnbull präsentierte ihre Ergebnisse kürzlich einer Gruppe von Wissenschaftlern aus dem Weltraumteleskopprojekt der NASA, dem Terrestrial Planet Finder (TPF), das nach bewohnbaren Planeten suchen wird, indem sichtbares Licht mit der „Signatur“ von Wasser und / oder Sauerstoff von einer Erde verwendet wird. Typ Planet. Nach dem geplanten Start von TPF um 2013 folgt das europäische Darwin-Projekt mit sechs Weltraumteleskopen.
Die Sternenliste wurde von einer noch größeren Liste (17.129 Sterne innerhalb von 450 Lichtjahren oder 140 Parsec) reduziert, die Turnbull und die Beraterin Jill Tarter vom SETI Institute erstmals im Astrophysical Journal veröffentlichten. Die Liste wurde als Katalog der in der Nähe befindlichen bewohnbaren Stellarsysteme (HabCat) bekannt. Ihr im August veröffentlichter Artikel mit dem Titel „Zielauswahl für SETI: I. Ein Katalog bewohnbarer Stellarsysteme in der Nähe“ erweiterte frühere Kandidatenlisten um fast das Zehnfache oder eine Größenordnung.
Um ein komplexes Leben zu unterstützen, muss ein Kandidatenstern die richtige Farbe, Helligkeit und das richtige Alter haben. Wenn es sich um einen Stern mittleren Alters wie unseren handelt, hat er genug schmelzbare leichte Elemente durchgebrannt, um schwerere Metalle wie Eisen zu produzieren, aber nicht so alt, dass er zusammenbricht oder so jung, dass das Leben nur eine ferne Zukunftsperspektive ist. Basierend auf den Fragmenten, die wir über das komplexe Leben auf der Erde kennen, zielt Turnbulls Suche darauf ab, die "Goldlöckchen" der Sterne zu finden, die "genau richtig" erscheinen.
Warum also 37 Gem?
37 Geminorum liegt im nordwestlichen Teil des Sternbildes Zwillinge, benannt nach den Zwillingen. Für Amateurastronomen mit einem guten Hinterhofteleskop ist 37 Gem sichtbar. In der griechischen Mythologie segelten die Zwillinge der Zwillinge mit Jason auf der Suche nach dem Goldenen Vlies. Während eines Sturms halfen die Zwillinge, ihr Schiff ARGO vor dem Untergang zu bewahren, und so wurde die Konstellation von den Seeleuten sehr geschätzt.
Die meisten Sterne wie Gem 37 werden in eine kleine Anzahl von Spektralklassen eingeteilt, basierend auf der Farbe des von ihnen emittierten Lichts. Das als Henry Draper-Katalog bezeichnete Sternenkompendium listet Spektralklassen in sieben großen Kategorien auf, von den heißesten bis zu den coolsten Sternen. Diese Typen werden in der Reihenfolge der abnehmenden Temperatur mit den Buchstaben O, B, A, F, G, K und M bezeichnet. Die Nomenklatur basiert auf längst überholten Vorstellungen über die Sternentwicklung, aber die Terminologie bleibt erhalten. Unsere Sonne, die in einem feineren Maßstab als typischer G2V-Zwerg eingestuft wird, ist ungefähr 4,5 Milliarden Jahre alt. Der Kandidatenstar 37 Gem ist ähnlich mittleren Alters, aber mit 5,5 Milliarden Jahren um eine Milliarde Jahre etwas älter.
Die Spektren von Sternen vom G-Typ wie unseren (und 37 Gem) werden von bestimmten chemischen Elementen dominiert, was durch ihre charakteristischen Spektrallinien (oder Emissionen) signalisiert wird. Die Elemente, die derzeit am interessantesten sind, sind Metalle, insbesondere für Sternsignaturen, die reich an Eisen, Kalzium, Natrium, Magnesium und Titan sind. In astronomischer Hinsicht hat 37 Gem im Vergleich zur Klassifizierung unserer Sonne als typischer G2V-Zwerg eine etwas heißere Oberflächentemperatur. So wird Turnbulls Hauptpickel - 37 Gem - als G0V-Zwerg katalogisiert - was bedeutet, dass es sich auch um einen gelb-orangefarbenen Hauptsequenz-Zwergstern handelt. Da G-Sterne durch das Vorhandensein dieser metallischen Linien und schwache Wasserstoffspektren gekennzeichnet sind, haben sie ein gemeinsames Alter, eine gemeinsame Masse und Leuchtkraft.
Ansonsten befindet sich 37 Gem in der Nähe unseres eigenen Sonnenzwillings oder eines Zwillinge-ähnlichen Gegenstücks zur Sonne: 1,1-fache Sonnenmasse, 1,03-facher Durchmesser und 1,25-fache Leuchtkraft.
Die Leuchtkraft ist "vielleicht die wichtigste Information", sagte Turnbull gegenüber dem Astrobiology Magazine, "wir bestimmen die Bewohnbarkeit nahegelegener Sterne" für ein komplexes Leben, da die Leuchtkraft angibt, in welcher Lebensphase sich der Stern befindet, und dies wiederum bestimmt, wie lange die Stern bleibt stabil.
Das Astrobiology Magazine hatte die Gelegenheit, mit Maggie Turnbull am Steward Observatory in Tucson über die Auswahl herausragender Kandidaten für die Bewohnbarkeit zu sprechen.
Astrobiology Magazine (AM): Ihre kürzlich durchgeführte Umfrage hat begonnen, etwa 100 Lichtjahre von unserer Sonne entfernt und alle Sterne von diesem Radius nach innen zu betrachten, richtig? Das war die visuelle Sphäre für den Start der Suche?
Margaret Turnbull (MT): Innerhalb von 30 Parsec (90 Licht) befinden sich ungefähr 2.350 Hipparcos-Sterne
Jahre), die maximale Entfernung für die Mission Terrestrial Planet Finder (TPF). In dieser Entfernung befinden sich insgesamt etwa 5.000 Sterne, aber wir betrachten nur Hipparcos-Sterne, sodass meine Startliste 2.350 Sterne lang ist.
AM: Hast du jemals ein Hinterhofteleskop in die Hand genommen, um 37 Gem zu sehen?
MT: Es sollte auf jeden Fall mit einem Hinterhofteleskop sichtbar sein, aber nein, ich habe es nicht mit eigenen Augen betrachtet! Aufgrund der Photometrie (Messung der Helligkeit) und Spektroskopie (Messung der Zusammensetzung), die ich mir angesehen habe, habe ich das Gefühl, dass ich sie „kenne“, ohne sie jemals gesehen zu haben.
Für 37 Gem muss jedoch noch mehr beobachtet werden. Zum Beispiel müssen wir eine hochauflösende Infrarotbildgebung dieses Sterns durchführen, bevor wir sagen können, dass er ein Ziel sein sollte. Wenn wir feststellen, dass viele Trümmer herumschweben, müssen wir ihn von der Liste streichen.
AM: War der Star, 37 Gem, ganz anders als Nummer zwei auf der Liste der dreißig besten Kandidaten?
MT: Tatsächlich sind sich die "besten" Sterne alle sehr ähnlich, und in Wirklichkeit macht es wenig Sinn, sie zu ordnen. 37 Gem ist zufällig einer der nächstgelegenen Sterne, der auch die technischen Kriterien erfüllt. Daher scheint es derzeit ein sehr guter Kandidat für die TPF-Suche zu sein.
AM: Welcher Stern war aus Neugier offiziell die Nummer zwei auf der Liste?
MT: Wenn Sie sich nur dreißig Sterne ansehen, sind sie alle besser „Nummer eins“. Das heißt, jeder Stern, den wir beobachten, muss für die Mission von primärem Interesse sein, da wir keine Zeit zu verlieren haben. Wir sind immer noch dabei, das primäre Missionsziel genau zu definieren.
Wenn das Ziel darin besteht, verschiedene Spektraltypen zu betrachten, können die oberen Sterne sehr nahe gelegene K- oder M-Sterne enthalten. Wenn das Ziel jedoch darin besteht, 30 der sonnenähnlichsten Sterne zu betrachten, dann Sterne wie 18 Sco (ein Sonnenstern) Zwilling mit 14 Parsec im Constellation Scorpius), Beta-CVn (der „Hund“) oder 51 Peg („Pegasus“, das fliegende Pferd) sind möglicherweise unsere besten Wetten.
AM: Gibt es ein oder zwei fehlende Daten, die dazu beitragen würden, die Klassifizierung bei Star-Kandidaten zu verbessern?
MT: Derzeit ist die hochauflösende Infrarotbildgebung das fehlende Datenelement, das wir definitiv benötigen. Wir müssen wissen, ob diese Sterne staubige Trümmerscheiben haben, die es schwierig machen würden, dort umlaufende Planeten zu erkennen.
Die Sonne hat eine beträchtliche Menge an Tierkreisstaub, da Jupiter ständig den Asteroidengürtel aufwirbelt und beim Zusammenstoß der Asteroiden dem Sonnensystem Staub hinzufügt.
Ein ähnlicher Staubgehalt um andere Sterne herum könnte unsere Chancen, Planeten zu sehen, nicht ruinieren, aber wir möchten dies auf jeden Fall auf ein Minimum beschränken.
AM: Was sind deine zukünftigen Pläne für die Sternenliste zur Unterstützung der Missionen Terrestrial Planet Finder und Darwin?
MT: Ich habe meine "endgültige" Liste der TPF-Wissenschaftsarbeitsgruppe am 18. und 19. November im US Naval Observatory noch nicht vorgelegt, während ich mich mit anderen getroffen habe, die ihre eigenen Listen erstellen.
Ich habe der Gruppe bereits meine Methodik vorgestellt, aber jetzt werden wir uns mit Ingenieuren treffen, die uns die Einschränkungen des Instruments erklären, und wir müssen die Liste weiter verfeinern, um ihren Kriterien gerecht zu werden.
Zu ihren Kriterien gehören: Kann innerhalb weniger Bogensekunden keinen Begleitstern haben, auch wenn der Begleiter kein Problem für die Stabilität des Planeten darstellt, da das zusätzliche Licht das Sichtfeld kontaminiert; kann Sterne nicht schwächer als etwa der 6. Größe betrachten; kann nur Sterne betrachten, die das ganze Jahr über mindestens ~ 60 Grad von der Sonne entfernt sind usw.
AM: Sie haben im August dieses Jahres Ihren ersten Katalog bewohnbarer Sterne veröffentlicht, und es gibt einen zweiten Teil dieser Klassifizierung. Was sind die Hauptpläne für Teil II des HabCat?
MT: Jill Tarter und ich haben kürzlich ein zweites Papier zur SETI-Zielliste eingereicht, das im Dezember in den Astrophysical Journal Supplements erscheinen wird. Dieses Papier enthält eine Liste alter offener Cluster mit hoher Metallizität, die nächsten 100 Sterne unabhängig vom Sterntyp und etwa 250.000 Hauptreihensterne aus dem Tycho-Katalog, die alle vom Allen Telescope Array (ATA) bei jedem HabCat beobachtet werden Stern steht uns nicht zur Beobachtung zur Verfügung.
Der primäre ATA-Strahl wird von Radioastronomen gerichtet und sie werden sehr hochauflösende Karten ihrer eigenen Ziele erstellen, während wir gleichzeitig HabCat-Sterne (oder Sterne aus unseren Listen in Papier 2) für SETI beobachten werden.
AM: Planen die Missionen Kepler und TPF schließlich die Art von Verbesserungen, die dazu führen würden, dass für einen bestimmten Stern in ihren Untersuchungen mehr erdgroße Planeten und nicht nur Gasriesen entdeckt werden?
MT: Ja. Kepler wird uns einen Hinweis darauf geben, wie häufig terrestrische Planeten sind, indem er Tausende sonnenähnlicher Sterne auf „Transite“ beobachtet - Ereignisse, bei denen der Planet tatsächlich vor dem Stern vorbeifährt, den er umkreist, und vorübergehend ein wenig Licht des Sterns blockiert.
Terrestrial Planet Finder wird daraufhin Planeten abbilden, die die nächsten Sterne umkreisen, und uns anhand von Spektren mitteilen, ob diese Planeten Atmosphären haben.
Wir können nach Wasser, Sauerstoff und Kohlendioxid suchen, und wenn wir Glück haben, können wir sogar einige direkte Hinweise auf das Leben in Form einer Vegetationssignatur oder eines starken atmosphärischen Ungleichgewichts sehen, wie das gleichzeitige Vorhandensein von Sauerstoff und Methan (fällig) auf das gleichzeitige Vorhandensein von Pflanzen und Methanogenbakterien auf der Erde).
Was kommt als nächstes
Jede Mission zur Erkennung und spektroskopischen Charakterisierung von Erdplaneten um andere Sterne muss so konzipiert sein, dass sie verschiedene Arten von Erdplaneten mit einem nützlichen Ergebnis erfassen kann. Solche Missionen werden derzeit untersucht - der Terrestrial Planet Finder (TPF) der NASA und Darwin der ESA, der Europäischen Weltraumorganisation. Das Hauptziel von TPF / Darwin ist die Bereitstellung von Daten für Biologen und Atmosphärenchemiker.
Das TPF / Darwin-Konzept hängt von der Annahme ab, dass extrasolare Planeten spektroskopisch auf Bewohnbarkeit untersucht werden können. Damit eine solche Annahme gültig ist, müssen wir die folgenden Fragen beantworten. Was macht einen Planeten bewohnbar und wie können sie aus der Ferne untersucht werden? Welche vielfältigen Auswirkungen könnte Biota auf die Spektren der Planetenatmosphäre haben? Welche Fehlalarme können wir erwarten? Wie ist die Evolutionsgeschichte der Atmosphären? Und was sind vor allem robuste Lebensindikatoren?
TPF / Darwin müssen nahegelegene Sterne auf Planetensysteme untersuchen, die Planeten von terrestrischer Größe in ihren bewohnbaren Zonen enthalten („erdähnliche“ Planeten). Durch Spektroskopie muss TPF / Darwin bestimmen, ob diese Planeten Atmosphären haben, und feststellen, ob sie bewohnbar sind.
Die Kepler-Mission soll ebenfalls im Oktober 2006 in die Sonnenumlaufbahn starten. Kepler soll die Häufigkeit innerer Planeten in der Nähe der bewohnbaren Zone einer Vielzahl von Sternen bestimmen. Kepler wird gleichzeitig 100.000 Sterne in unserer galaktischen „Nachbarschaft“ beobachten und nach erdgroßen oder größeren Planeten in der „bewohnbaren Zone“ um jeden Stern suchen - der nicht zu heißen, nicht zu kalten Zone, in der möglicherweise flüssiges Wasser vorhanden ist ein Planet.
Um die Schwierigkeit hervorzuheben, einen erdgroßen Planeten zu entdecken, der einen entfernten Stern umkreist, weist Keplers Hauptforscher William Borucki von der NASA Ames darauf hin, dass 10.000 Erden erforderlich wären, um die Sonnenscheibe zu bedecken. Einer NASA-Schätzung zufolge sollte Kepler 50 terrestrische Planeten entdecken, wenn die meisten der gefundenen Planeten ungefähr die Größe der Erde haben, 185 Planeten, wenn die meisten 30 Prozent größer als die Erde sind, und 640, wenn die meisten die 2,2-fache Größe der Erde haben. Außerdem wird Kepler voraussichtlich fast 900 Riesenplaneten in der Nähe ihrer Sterne und etwa 30 Riesen finden, die in Jupiter-ähnlichen Entfernungen von ihren Elternsternen umkreisen.
Da die meisten der bisher gefundenen Gasriesenplaneten viel näher an ihren Sternen umkreisen als Jupiter an der Sonne, glaubt Borucki, dass Kepler während der vier- bis sechsjährigen Mission einen großen Anteil von Planeten in der Nähe von Sternen finden wird. Wenn sich das als wahr herausstellt, sagt er: "Wir erwarten, Tausende von Planeten zu finden."
Mit den gegenwärtigen Methoden würden Astronomen es heute sehr schwierig finden, einen erdgroßen Planeten um den Stern 37 Gem herum zu entdecken. Frühere Analysen haben jedoch einige Entscheidungen ausgeschlossen. Zum Beispiel umkreist ein riesiger Planet wie unser eigener Jupiter oder Saturn nicht um 37 Edelsteine. Diese Studien haben gezeigt, dass Riesenplaneten mit einem Zehntel bis zehnmal der Masse des Jupiter nicht in der Nähe von 37 Edelsteinen existieren (innerhalb von 0,1 bis vier astronomischen Einheiten oder einer Erde-Sonne-Entfernung, AUs, siehe auch Cummings et al., 1999). . Aufgrund der Herausforderungen, dunkle Planeten in der Nähe von viel helleren Sternen zu finden, sind fast alle bisher gefundenen extrasolaren Planeten wie unser eigener Jupiter - massiv, wahrscheinlich gasförmig und aufgrund ihrer Nähe zu einem Elternstern wahrscheinlich keine Lebensbedingungen .
Aber Bedingungen um 37 Gem könnten kleinere innere Planeten wie Venus oder Erde unterstützen. Niemand weiß. Nur zukünftige Vermessungen werden über die Instrumentierung verfügen, um solche erdähnlichen Planeten zu finden.
Modelle von Sternen wie 37 Gem unterstützen jedoch die mögliche Existenz mindestens einer stabilen Umlaufbahn für einen erdähnlichen Planeten (mit flüssigem Wasser), der um einen Abstand zwischen Erde und Sonne (1,12 AE) zentriert ist. Ein solcher vermuteter Planet würde zwischen den Entfernungen von Erde und Mars in unserem Sonnensystem umkreisen. Dieser unentdeckte Planet hätte, wenn er in zukünftigen Studien entdeckt werden könnte, ein Jahr, das mehr als 450 Tage dauert, oder eine Umlaufzeit von etwa 1,3 Erdjahren.
Da das Leben, das Sauerstoff erzeugt, auf der Erde etwa zwei Milliarden Jahre gedauert hat, hätten Sterne, die viel jünger sind, wahrscheinlich nicht genügend Zeit gehabt, um sich zu komplexen Formen zu entwickeln. Angesichts der Milliarden von Jahren, die für die Entwicklung des Lebens auf der Erde erforderlich sind, könnten Wissenschaftler die Frage stellen, ob das Leben in einem kurzlebigen Sonnensystem eine Chance haben würde. Es wurde immer angenommen, dass heißere, massereichere Sterne weniger Leben beherbergen, aber nicht, weil sie zu heiß wären. Planeten könnten immer noch gemäßigtes Klima genießen, etwas weiter entfernt als die Erde von der Sonne und auf Umlaufbahnen, die weiter vom eigenen Mutterstern entfernt sind. Das erste Problem der Bewohnbarkeit ist die Zeit, nicht die Temperatur. Heißere Sterne neigen dazu, schneller auszubrennen - vielleicht zu schnell, als dass sich das Leben dort entwickeln könnte.
Originalquelle: Astrobiology Magazine
