четверг, 17 сентября 2015 г.

Землю признали "белой вороной" среди пригодных для жизни планет

1-я Книга Федора. Файл 7-Г 

    «Земля является исключением в ряду пригодных для жизни планет в нашей галактике: их химический состав кардинально отличается от земного. К такому выводу пришли авторы статьи в журнале препринтов arXiv. Коротко об исследовании сообщает «New Scientist».

Изображение: T. Pyle / JPL-Caltech / Zumapress / Global Look
    Вардан Адибекян (Vardan Adibekyan) из португальского Университета Порту и его коллеги изучали звезды, масса и радиус которых не отличается от солнечного, причем в их зоне обитаемости есть планеты, где вода присутствует в виде жидкости. Выяснилось, что железа и других металлов в составе таких звезд меньше, чем у светил, вокруг которых обращаются лишь необитаемые планеты.
    Поскольку планеты по химическому составу близки своим звездам, у небесных тел в зоне жизни обычно меньше металлов, чем в недрах Земли и в Солнце, решили ученые. Как правило, вокруг богатых железом звезд вращаются массивные каменистые тела, «завернутые» в гигантскую газовую оболочку.
    Различия в химическом составе между Землей и большинством планет обитаемой зоны можно объяснить тем, что последние, вероятно, сформировались в далеком прошлом нашей галактики. Железо и другие тяжелые элементы образуются при взрывах светил и затем рассеиваются по межзвездному пространству. Когда галактика Млечного Пути была молодой, значительно меньше звезд заканчивали свое существование таким образом - следовательно, и железа в древних экзопланетах, пригодных для жизни, должно быть меньше.
    Если обитаемые планеты характерны именно для бедных металлами звезд, на современном этапе жизни галактики они образуются значительно реже. Однако, подчеркивает Адибекян, светила существуют долго, и древние планеты с благоприятными для появления органики условиями никуда не делись - следовательно, их число со временем только увеличивается». (16 сентября 2015, 18:57). 

    Источник: «Earth’s composition might be unusual for a planet with life». (15 September 2015). 

    Комментарий блогера «za_neptunie»

    «Работа об определении химического состава планетных систем с обнаруженными потенциально обитаемыми планетами у звезд спектральных типов F, G и K. Учитывая нынешнее несовершенство методов обнаружения подобных систем, в публикации рассматриваются в основном суперземли. Анализ текущих данных показывает следующие закономерности:
    I) Системы богатые тяжелыми элементами (по сравнению с нашей Солнечной Системой) обладают преимущественно горячими и короткопериодичными суперземлями. В связи с этим они редко встречаются на больших удалениях от звезд – в зоне обитаемости.
Распределение известных небольших планет в зависимости от их расстояния до своих звезд, которые были обнаружены с помощью метода лучевых скоростей (определение минимальной массы – график слеваи транзитного метода (определение радиуса планеты – график справа). Красные круги означают содержание тяжелых элементов ниже, чем у Солнечной Системы ([Fe/H] ≤ -0.1 dex), синие кресты соответственно выше ([Fe/H] > -0.1 dex)
    II)  Большинство обнаруженных потенциально обитаемых планет обращается вокруг звезд, бедных тяжелыми элементами по сравнению с нашим Солнцем.
Известные потенциально обитаемые планеты у FGK-звезд. Красным отмечены системы с содержанием тяжелых элементов ниже, чем у Солнечной Системы ([Fe/H] ≤ -0.1 dex), синие кресты соответственно выше ([Fe/H] > -0.1 dex).Звездами отмечены планеты с измеренной массой, кругами соответственно с измеренным радиусом. Три планеты с одновременно измеренным радиусом и массой показаны связанными линиями. Большими кругами отмечены планеты у самых холодных звезд
    Из этих выявленных закономерностей следуют важнейшие выводы:
    Большинство потенциально обитаемых планет (похожих на Землю по массе (радиусу) и удалению от своих звезд) возникают в древних планетных системах. По мере обогащения межзвездного пространства тяжелыми элементами (по причине взрывов сверхновых) подобные планеты образуются всё реже. В тоже время у древних систем из-за повышенного содержания легких элементов (водорода и гелия) потенциально обитаемые планеты должны представлять собой океаниды. То есть планеты с глобальным океаном и мощной атмосферой. Следовательно, образование на них жизни, подобной земной становится маловероятным. Тем самым нынешние данные показывают, что Солнечная Система является редким случаем среди обнаруженных потенциально обитаемых планет. Она достаточно старая, чтобы небольшие каменные планеты образовались в зоне обитаемости, и в тоже время она является достаточно молодой, чтобы обитаемые планеты не обзавелись мощными водородно-гелиевыми атмосферами.

Океанида – гипотетический тип небольших планет, поверхность которых покрыта глобальным океаном (без суши), а также обладающих мощной водородно-гелиевой атмосферой. Возможно, такие планеты являются гораздо более распространенным типом землеподобных планет по сравнению с нашей Землей
    Тем самым полученные наблюдательные данные говорят о большой редкости точных близнецов Земли в Галактике. Насколько редкой должны показать будущие исследования в ближайшие десятилетия. Если эти исследования подтвердят эту редкость, то это означает следующий сценарий Великого молчания Вселенной: в Галактике мы одни из первых и очень немногих технологических цивилизаций...» (17 сент, 2015 в 7:16). 

    Парадокс Ферми и химсостав планет

    «Вышло исследование, предсказывающее возможные типы планет в обитаемой зоне как функцию из зимического состава - http://lenta.ru/rubrics/science/cosmos/ и http://arxiv.org/pdf/1509.02429v1.pdf. Текст в Ленте фокусируется на обитаемости: сверхземли у звезд солнечной и более высокой металличности встречаются на горячих орбитах, а в обитаемой зоне эти планеты распространены у звезд пониженной металличности. Из этого можно было бы сделать вывод в поддержку гипотезы Редкой Земли, как объяснения парадокса Ферми. Если для возникновения жизни нужен химический состав, как у Земли, обитаемых планет должно быть мало, ведь планеты с нужным химическим составом образуются ближе к звезде, а в обитаемой зоне больше планет, в составе которых намного больше легких элементов, и которые, таким образом, являются необитаемыми океанами II типа, с массивной прослойкой льдов высокого давления между океаном и ядром, предотвращающей попадание питательных веществ в воду, либо мини-нептунами. 

    Мы еще очень плохо можем определять химический состав планет, особенно - земель и нептунов. Самое большое, что мы можем сделать - это определить массу и радиус, по плотности и уравнению состояния вещества сделать предположение о доле скал, льдов и легких газов в составе планеты, и предложить дополнительные ограничения, исходя из химического состава звезды и предположения, что пропорции тяжелых элементов повторяют таковые у звезды. Но одно мы можем сказать почти наверняка - процессу планетообразования присуща очень большая вариативность. Особенно хорошо это видно на примере сверхземель, когда планеты с радиусом 1,4 - 1,8 радиусов Земли могут иметь самую разную плотность. В одной и той же системе могут встретиться классическая супер-земля и классический мини-нептун на близких орбитах - они имеют почти одинаковую массу, но плотность различается в разы. На процесс планетообразования влияет не только металличность, но и такие свойства, как масса протопланетного диска и его поверхностная плотность, и процессы миграции в диске, которые тоже вносят значительное разнообразие. Поэтому даже если основным продуктом легкого планетообразования у FGK-звезд действительно являются необитаемые океаниды, мини-нептуны и горячие земли, разброс гарантирует, что аналоги Земли, имеющих континенты из скалистых пород, океаны из слегка соленой воды, и атмосферы подходящей плотности, в Галактике найдутся в немалом количестве. К тому же я не верю в аргументы о критической необходимости магнитного поля и крупного спутника для стабилизации условий: сверхземля с массой в 3 земных и полностью устойчива устойчива к потере атмосферы, а атмосфера в 15 бар азота сделает ее полностью устойчивой к колебаниям климата из-за изменения наклона оси. В то же время, существенное уменьшение доли скалистых планет начинается только с радиусов 1,4 - 1.5 р.Земли (масс в 4-5 земных), следовательно, такие планеты существуют. Поэтому сам по себе аргумент Редкой Земли не способен объяснить молчание космоса. В Галактике 100 миллиардов звезд, и примерно столько же планет массой с Землю. Даже если вероятность образования у звезды аналога Земли с достаточной степенью обитаемости равна 1e-4, произведение остальных вероятностей - зарождения жизни, развития разума, выхода разума в космос/на контакт, и вероятности, что мы распознаем их, должно быть меньше 1e-7.
    Исходная же статья фокусируется на наблюдательной планетной статистике.

Рис. - диаграмма расположения планет по массе (слева) и радиусу (справа) в зависимости от расстояния от звездыСиним отмечена обитаемая зона, синие крестики - планеты у звезд с металличностью [Fe/H] > -0.1 dex, красные кружки - у звезд с [Fe/H] > -0,1 dex. Сверху - все планеты (в т.ч. в многопланетных системах), снизу - положение крайней внешней сверхземли. (картинка взята из блога za_neptunie, а там - из статьи в Архиве)
    На диаграмме действительно видно, что распределение сверхземель по орбитальным радиусам у металличных звезд сдвинуто в сторону горячих орбит и имеет более резкий край справа, чем таковое у звезд пониженной металличности. В самом деле, если проводить границу по -0,1 dex (80% солнечной металличности, цифра - десятичный логарифм отношения содержания железа в звезде к солнечному) мы пока не видим ни одной планеты в ОЗ у металличных солнцеподобных звезд. Однако 80% - это почти солнечная металличность. Звезды галактического гало имеют в десятки и сотни раз меньше металлов, чем Солнце, а сообщения о нахождении у них сверхземель уже попадались (вспомним звезду Каптейна). Кроме того, легкие земли, которых пока известно слишком мало для статистики, не так подвержены процессу миграции в плотном диске, как сверхземли - возможно, по -0,1 dex как раз проходит граница "включения" механизма миграции сверхземель вовнутрь, а распределение легких земель по ширине орбит этим не затронуто. Кроме того, с переходом к оранжевым и красным карликам и уменьшением обитаемая зона сдвигается внутрь быстрее, чем граница встречаемости сверхземель - светимость L пропорциональна M^3,9, радиус обитаемой зоны a ~ M^1,95, и у звезд более поздних улассов сверхземли могут попадать в обитаемую зону. Наконец, отсутствие крестиков в синей области означает только, что их там достаточно мало, чтобы не увидеть на выборке такого размера. И уж точно нельзя говорить, что для обитаемости нужна металличность > -0,1 dex или солнцеподобность звезды. Мы знаем немало примеров суперземель в обитаемой зоне, мой (пока, за неимением лучшего) любимый пример - Gliese 667 Cc. Обнаружение двойника земли по массе, радиусу, ширине орбиты и параметрам центральной звезды - лишь дело времени... 
    В общем, экзопланетная статистика явно еще очень далека от полноты. Построение полной диаграммы встречаемости по всем координатам - массе, радиусу, ширине орбиты, спектральному классу звезды и ее металличности даст возможность серьезно улучшить модели планетообразования, но пока работы учитывают только какой-нибудь из сильно упрощенных срезов этой диаграммы. Построение и исследование картины в целом - большая работа предстоящих нескольких лет. Но и сейчас можно с высокой уверенностью сказать, что космос таит в себе великое разнообразие - там есть и земли, и обитаемые планеты, от Земли существенно отличающиеся. И это только статистика по основным параметрам. Мы еще не можем рассмотреть, но скоро начнем исследовать целые огромные области в этой картине - легкие планеты (спектрограф ESPRESSO и ему подобные), далекие планеты (астрометрия GAIA). Не за горами и массовое исследование спектров экзопланет - начало уверенного движения в сторону более детальной их характеризации (James Webb), а множество интересных и уникальных случаев по определению в статистике не видны, но несомненно существуют». (17 сент, 2015 в 13:11).

    Темы блога «Артефакт». «Тайная история Солнечной системы»

    [Книга в работе...]
    Файл 7-Д. «Дефицит изотопа плутония-244 в древних породах - свидетельство уникальности Земли». http://artefact-2007.blogspot.ru/2015/11/244.html .

    На эту тему:
    «Земля под ударом»(20 июля 2013 года).
    «Солнечная система - уникальна?» (9 июня 2015 года). 
    «ЗАКОН для Солнечной системы»(8 июля 2015 года).

Комментариев нет:

Отправить комментарий