Astronomiya

Ekzoplanet atmosferindəki qaz konsentrasiyasını dalğa uzunluğundan və spektral məlumatlardan udma radiusundan öyrənmək olarmı?

Ekzoplanet atmosferindəki qaz konsentrasiyasını dalğa uzunluğundan və spektral məlumatlardan udma radiusundan öyrənmək olarmı?

Qazların konsentrasiyasını çıxarmaq lazım olan ekzoplanet spektral məlumatlar üzərində işləyirdim. Lakin ekzoplanet spektroskopiyası məlumatları yalnız udma dalğa uzunluğu və udma radiusunu ehtiva edir. Ekzoplanet atmosferindəki elementlərin konsentrasiyasını əldə edə biləcəyim bir yol varmı?


Əlbəttə, amma bu düz deyil. Bənzər udma zolaqlarını bölüşən bir çox molekul, buludların varlığı, dağılma, bir çox fərqli təzyiq aralığında udma, növlərin kimyəvi tarazlıq tənliklərini həll etmək və ümumi spektri dəyişdirən temperatur profili kimi bir çox degenerasiya var. .

Onlayn olaraq metaliklik, karbondan oyxgen nisbəti və ya molekulların konsentrasiyası kimi bəzi başlanğıc şərtlər üçün verilən bir planetin atmosferi üçün (sizə nəzəri spektri verin) "həll" edən bir çox "İrəli" model mövcuddur. İşinizdə istədiyiniz şey tərsini etməkdir, yəni məlumatlarınızdan başlayaraq müxtəlif növlərin qarışdırma nisbətlərinə keçin. Bunu yenə də onlayn məlumat tapmalı olduğunuz "Alma" modelləri ilə edə bilərsiniz.

Tranzit məlumatları ilə çalışdığınızı düşünsəniz (yazıdan anladığım budur), tez-tez planetin tarazlıq temperaturunda bütün atmosfer üçün sabit bir temperatur götürə bilərsiniz, çünki ötürmə spektri ümumiyyətlə temperatur profilindən daha az təsirlənir, daha çox passiv emicilər kimi hərəkət etdikləri üçün.


Astronomiyada sərhədlərvə Kosmik Elmlər

Redaktor və rəyçilərin əlaqələri, Loop tədqiqat profillərində təqdim olunan sonunculardır və təhlil zamanı vəziyyətlərini əks etdirməyə bilər.


  • Məqaləni yükləyin
    • PDF yükləyin
    • ReadCube
    • EPUB
    • XML (NLM)
    • Əlavə
      Material
    • Son Qeyd
    • İstinad meneceri
    • Sadə mətn faylı
    • BibTex


    PAYLAŞIN

    Astronomiya Fəsillər 1-4

    ALSEP (Apollo Ay Səthi Təcrübə Paketi):
    Ayın daxili quruluşu və yerli mühiti ilə bağlı uzunmüddətli tədqiqatlar aparmağı hədəfləyir.

    2. Brilyant üzük effekti.

    3. Cəmi. Təxminən bir dəqiqə davam edən bu nöqtədə tac görünür. Biri Bailey'nin boncuklarını da görə bilər. (Kobud Ay səthində zirvəyə çıxan günəş işığının son parlaq işıqları)

    5. Günəşin 1-də olduğu kimi qismən örtülməsi (üçüncü ilə dördüncü əlaqə).

    Yer atmosferindən keçən günəş işığı, gündoğumu və ya qürubda olduğu kimi dağınıqdır. Mavi işıq hər tərəfə səpələnir, buna görə Aya düşən işıq spektrin qırmızı ucundan olur və Ay solğun qırmızı rəng alır.

    Günəş günəş sisteminin mərkəzindədir

    Cırtdan planetlər günəşdən məsafə sırasına görə: Ceres (asteroid qurşağında), Pluton, Haumea, Makemake, Eris

    Asteroidlər: diametri 10 m-dən çox olan süxurlar. Əksəriyyəti mart və Yupiter arasındakı asteroid qurşağındadır

    Kometalar: Buz, toz və qayalı kiçik hissəciklər, günəşə yaxınlaşarkən ülvi olduqları üçün qazlı bir nağıla sahibdirlər. Oort buludunda və Kuipler Kəmərində yerləşir.

    Centaurslar: Tərkibinə görə kometalara bənzər, ölçüsünə görə asteroidlərə bənzəyən göy cisimləri. Yupiter və Neptun arasında yerləşir

    Venera: Səthin xüsusiyyətləri: Geoloji cəhətdən gənc, vulkanik strukturların sübutu. Qalın atmosfer. Retrograd / Atmosferdəki spinlər:% 96 Karbon dioksid, Sülfürik turşusu. 750K Günəş işığı Gücü Yerin 400-1000%. 100% bulud örtüyü səbəbindən səthi vizual olaraq görmək mümkün deyil. Səth təzyiqi Yerdəkindən 90 dəfə yüksəkdir

    Yer:% 71 su. Geoloji cəhətdən aktivdir. İncə qabıq. Həyat var. Orta atmosfer -% 78 Azot 21% Oksigen. Orta 290 K (22 ° Selsi). Plitə tektonikasında qabığın hərəkəti. Daxili və xarici nüvə. Maqnit sahəsi yaradır.

    Mars: Aktiv hava sistemi, lakin geoloji cəhətdən tükənmişdir. Qalın qabıq. Keçmişdə axan suyun göstəriciləri. İncə atmosfer - 95% Karbon Dioksid 3% Azot. 220 K
    Günəş işığı Güc Yer kürəsinin% 35-50. Aşağı sıxlıqlı nüvə. Günəş sistemindəki ən böyük dağlar və kanyonlar.

    Yupiter: Qaz nəhənglərinin möhkəm bir səthi yoxdur. Bulud zolaqları görünür. Çox incə üzük sistemi. 90% hidrogen
    % 10 Helium atmosferi. Buludda 125 K Günəş işığı Gücünün Yer kürəsinin% 3-4'ünü üstələyir. Ən böyük planet. İçindəki bütün digər planetləri ehtiva edə bilər. Qırmızı ləkə Yer üzündə olan bir fırtınadır. Sürətli fırlanma sayəsində düzlənmiş kürə.

    Saturn: Qaz nəhəngi. Planetin ətrafında geniş üzüklər. % 96 Hidrogen 4% Helium atmosferi. Bulud zirvələrində 95 K
    Günəş işığı Güc Yerin% 1-i. Aşağı sıxlıq suda üzə biləcəyi deməkdir.

    Uran: Yaşıl qaz nəhəngi. Görünən xüsusiyyətlər azdır. Tünd üzük sistemi. 83% Hidrogen 15% Helium 2% Metan atmosferi. Buludda 55 K Yerin Günəş işığı Gücünün% 0,2-0,3 hissəsini üstələyir. Kiçik Ice-Rock nüvəsi. Eğimli bir oxa sahibdir və buna görə yan tərəfində orbit kimi görünür.


    1. Giriş

    [2] Mars Express, Avropa Kosmik Agentliyinin (ESA) missiyasındadır ki, 1996-cı ilin noyabrında Rus missiyası Mars 96-da Proton roketinin buraxılması uğursuzluğu ilə itirilən elmlərin böyük bir hissəsini, Mars planetinin ətrafında dövr etməyi hədəfləyən 4.8 tonluq bir kosmik zond. Mars Express orbiteri (kütləsi 1220 kq) 2003-cü ilin iyununda buraxılmış və perisenter hündürlüyü 259 km, apocenter hündürlüyü 11.559 km və 7.57 saat müddətlə 25 dekabr 2003-cü ildə Mars ətrafında eliptik bir qütb orbitinə endirilmişdir.

    [3] Mars 96 rus missiyasının göyərtəsində, Mars Atmosferinin Xüsusiyyətlərinin Araşdırılması üçün Spektroskopiya (SPICAM) aləti, müxtəlif müşahidə rejimlərində, Mars atmosferinin yuxarıdan aşağıya doğru öyrənilməsinə həsr olunmuşdu, ulduz sehrləri daxil olmaqla. 18-ci əsrdə Ay tərəfindən sehrbazlıq edildiyi Spica ulduzu astronomlar tərəfindən diqqətlə müşahidə edildi: Ayın qaranlıq ətrafı tərəfindən gizli olduqda onun işığı birdən azaldı və Ayın ətrafında atmosfer olmadığı qənaətinə gəlindi, əks halda , qırılma ulduzun mütərəqqi bir qaralmasına səbəb olardı. SPICAM qısaltması, bu ulduz gizli fəaliyyətinin erkən istifadəsinə bir ehtiramdır.

    [4] Mars 96 göyərtəsindəki SPICAM aləti iki alət paketindən ibarət idi: biri günəş okkultasiyaları, digəri ulduz okkultasiyaları və əzalarını görmək üçün. Ümumi elektron paket ilə ümumi kütlə 46 kq idi. Mars Express-də mövcud olan daha məhdud yük kütləsi içərisində gəmiyə minmək üçün cihazın dizaynını kökündən dəyişdirməli olduq. SPICAM komandası, SPICAM / Mars 96 elminin böyük bir hissəsini bərpa etmək üçün ayrılmış 4.7 kq-lıq UV-IR aləti olan SPICAM Light adlı yeni bir alət təklif etmək üçün çox ciddi bir səy göstərdi. Mars 96 konfiqurasiyasından yeni SPICAM İşığı həm günəş, həm də ulduz okkultasiya sensorlarında spektrin bütün görünən hissəsini qurban verməklə və iki sensor arasındakı bütün artıqlığı yatırmaqla əldə edildi. Ayrıca, Mars Express orbiterinin istiqamətini dəyişdirmə və müəyyən bir səma istiqamətində istiqamətləndirmə qabiliyyəti, Mars 96-da istifadə olunan işarə platformaları və cihazlarının istifadəsini lazımsız hala gətirir. SPICAM Light əvvəlcə SPICAM / Mars 96 adlı günəş paketindən miras qalan ayrı bir günəş okkultasiya IR sensoru (SOIR) daxil olmaqla təklif edilmişdir. 3.8 kq kütləsi olan bu sensor bir ızgara spektrometrindən (1.2-4.8) ibarət idi. μm, qətnamə 0.4-1 nm) H-nin günəş okkultasiyaları zamanı şaquli profilləşdirmə üçün2O, CO2, CO, aerozollar və metan kimi karbon birləşmələrinin araşdırılması [ Bertaux və digərləri, 2000]. Missiyanın ciddi kütləvi məhdudiyyətləri səbəbindən bu sensor faydalı yükdən ləğv edildi, seçim komitəsinin elmi tövsiyəsi “... kütlə olarsa” ifadəsini əlavə etdi. Kütlə əlçatan olmadı. Bununla birlikdə, SPICAM-ın inkişaf mərhələsində, hələ AOTF texnologiyasına əsaslanan, əsasən 1.38-də su buxarı ölçmələrinə həsr olunmuş son dərəcə yüngül yaxın IR spektrometrini kütləvi bölgüsümüz daxilində qoya biləcəyimizi düşündük. μm və Rusiyada dizayn edilmiş və uydurulmuşdur. ESA bu fikri qəbul etdi və bu yeni spektrometr SPICAM-ın tərkib hissəsi oldu.

    [5] Mars Express təyyarəsindəki digər dörd alət də Mars 96 həmkarından geri qaytarılır: HRSC, OMEGA, PFS və ASPERA. Bu alətlər əsas dizaynlarını dəyişdirmədi, SPICAM isə kəskin dəyişiklik və inkişaflar etdi [ Bertaux və digərləri, 2000, 2004]. PFS, HRSC və OMEGA-nın elektron paketlərini Mars 96-ın köhnə dizaynından dəyişdirdiyini və kütlə qənaətinin SPICAM Light kütləsindən (4,7 kq) çox olduğunu qeyd etmək ədalətli bir şeydir. SPICAM İşığının adı kiçik kütləsini vurğulamaq olduğu halda, Mars ətrafındakı orbitdə 2 illik uğurlu fəaliyyətindən sonra İşıq şəkilçisini atmağa və Mars Express alətini böyük qardaşı adlandırmağa qərar verdik: SPICAM.

    [6] Bir sıra elmi nəticələrə ümumi bir baxış bu xüsusi hissədə yoldaş sənədləri olaraq təqdim edilmiş, artıq dərc edilmiş və ya daha ətraflı şəkildə tapılmışdır. SPICAM tapıntıları belədir:

    [7] 1. CO-nun sıxlığı / temperaturunun ilk şaquli profilləri2 (20-150 km) bir planet orbitindən əldə edilmişdir. Aerokapture, aerobraking və EDL (Giriş, Enmə, Açılış) üçün lazım olan iqlim modellərinin konsolidasiyası məqsədi ilə hər gün təxminən 1 və ya 2 profil əldə edilir.

    [8] 2. Ozonun çoxsaylı şaquli profilləri (əvvəllər yalnız Phobos 2 missiyası tərəfindən qeydə alınmışdı) və bulud təbəqələri.

    [9] 3. Gündəlik zolaqdakı ümumi şaquli ozonun, yerin və atmosferin səpələdiyi günəş işığına basılan UV udma səviyyəsindən sistematik olaraq ölçülməsi, kimyəvi maddələrin təsdiqlənməsi üçün Marsdakı ozonun ilk iqlim xəritəsini təmin etmək / nəqliyyat modelləri.

    [10] 4. Nightglow-un ultrabənövşəyi ərazidə NO lentlərinin kəşfi və atmosfer daşınması üçün təsirləri.

    [11] 5. Yer qabığının qalıq maqnit sahəsinin yaxınlığında auroral aktivliyin kəşfi və O, H, CO, CO + və CO-nun yüksək hündürlüyündəki aeronik müşahidələr vasitəsilə atmosferin ionosfer-üst hissəsinin hərtərəfli öyrənilməsi.2 + .

    [12] 6. H-nin ilk ölçüsü2O və CO2 buzlar UV albedo spektri.

    [13] Bütün bu uğurlar, cihazın dizaynına, qurulmasına, sınanmasına, kosmik gəmiyə inteqrasiyasına və ESTEC və ESOC-da idarə olunan mürəkkəb əməliyyatlara həsr olunmuş çox yönlü bir SPICAM alətinin, yüksək qabiliyyətli bir kosmik gəminin və mühəndis və alimlərin nəticəsidir. . Alət Service d'Aéronomie du CNRS (Fransa), BIRA (Belçika) və IKI (Rusiya) binalarında, Service d'Aéronomie rəhbərliyində hazırlanmışdır.

    [14] Bu yazıda SPICAM UV spektrometrinə, müxtəlif müşahidə rejimlərinə, müşahidələrin sayı ilə bağlı bəzi statistik məlumatlara və əsas elmi nəticələrin bir aperçusuna ümumi bir baxış təqdim edirik. Bu elmi nəticələr bir neçə xüsusi məqalədə ayrı-ayrılıqda daha ətraflı şəkildə müzakirə olunur (bu xüsusi hissə): gizli məlumatların alınması ilə müzakirə olunur. Quémerais et al. [2006], ümumi ozon xəritəsi Perrier və s. [2006], ozonun şaquli profilləşdirilməsi müzakirə olunur Lebonnois et al. [2006], toz və aerozolların şaquli profilləri müzakirə olunur Montmessin et al. [2006a], gündüz parıltısı və gecə çiçəyi müzakirə olunur Leblanc et al. [2006] və ətrafdakı toz ölçüləri müzakirə olunur Rannou et al. [2006]. IR AOTF spektrometrinin təsviri, işləməsi və ümumi nəticələr Korablev et al. [2006]. Su buxarı ölçüləri (1.38-də μm) tərəfindən təqdim olunur Fedorova et al. [2006a], 1.27-də ozon emissiyasının müşahidələri zamanı μm tərəfindən müzakirə olunur Fedorova et al. [2006b].

    [15] Bu sənəd aşağıdakı kimi təşkil edilmişdir. Əvvəlcə UV spektrometrinin bir qədər ətraflı təsviri ilə SPICAM-a ümumi baxış təqdim olunur. Müxtəlif müşahidə rejimləri təsvir edilmişdir. Sonra uçuşdakı çıxışlar işarə, fotometrik kalibrləmə, zəif işıq və qaranlıq yük düzəlişləri baxımından müzakirə olunur. Nadir baxan və əza müşahidələri gündüz və gecə tərəfi izah edilir, ardından ulduz okkultasiya nəticələri. Son hissə həm nadir, həm də okkultasiya rejimində SPICAM UV ozon ölçmələrinin icmalına həsr edilmişdir.

    [16] SPICAM məlumatları müntəzəm olaraq PDS formatında (Planetary Data System) Mars Express (MEX) verilənlər bazasına, bütün elmi cəmiyyət üçün əlçatan olaraq verilir. Bu sənəd eyni zamanda SPICAM məlumatlarını potensial istifadəçilərə alət və əməliyyatlar barədə lazımi məlumatları təqdim etmək və məlumatların daha da təhlili üçün cəlb etmək məqsədi daşıyır.


    AskScience AMA Seriyası: Mənim adım Veselin Kostovdur və Kepler, K2 və TESS-dən tranzit ekzoplanetlərin aşkarlanması, yoxlanması və xarakteristikası üzərində işləyən bir tədqiqatçı aliməm. AMA!

    NASA Goddard Kosmik Uçuş Mərkəzində və SETI İnstitutunda tədqiqatçı aliməm. Bu ekzoplanetlərin Günəş Sisteminin necə formalaşdığını, inkişaf etdiyini və müqayisə etdiyini anlamaq məqsədi ilə Kepler, K2 və TESS-dən tranzit ekzoplanetlərin aşkarlanması, yoxlanması və xarakteristikası üzərində işləyirəm.

    Artıq vətəndaş alimlər Planet Patrol-a qoşularaq ekzoplanetlərin ovunun bir hissəsi ola bilərlər.

    Planet Patrol-un hədəfi ikidir:

    TESS-in gördüyü ulduzları vizual olaraq yoxlayaraq elm adamlarına minlərlə TESS planet namizədinə baytarlıq etməyə kömək edin.

    Nəticələri avtomatlaşdırılmış yoxlama alqoritmlərinin hazırlanmasına və səmərəliliyinin artırılmasına kömək etmək üçün istifadə edin.

    TESS məlumatlarının işlənməsinin avtomatlaşdırılmış üsulları bəzən ekzoplanetlərə bənzəyən saxtakarları tuta bilmir. İnsan gözü bu cür saxtakarları aşkar etməkdə son dərəcə yaxşıdır və xarici görünüşlərlə həqiqi planetləri ayırd etməyimizə kömək edəcək vətəndaş alimlərə ehtiyacımız var.

    Ən həyəcanlı planet namizədlərindən bəzilərini analiz etmək çətindir. Məsələn, Yer kürəsi uzun bir orbitə sahib kiçik bir planetdir, yəni məlumatlarda zəif bir siqnal meydana gətirəcək və aşkarlanması, baytarlığı və nəticədə təsdiqlənməsi çətin olacaq. Planet Patrol könüllüləri mənə və komandamın hər biri üçün bir sıra suallara cavab verərək potensial ekzoplanetlərin TESS şəkillərini süzməyimizə kömək edəcəklər - məsələn bir görüntünün bir ulduzun işığı əvəzinə bir çox parlaq mənbəyi ehtiva etməsi və ya kənar işığa bənzəməsi və ya çox səs-küylü olması. ətraflı təhlil üçün. Bu suallar, sonrakı tədqiqat üçün mümkün planetlərin siyahısını azaltmağa kömək edir.

    Suallarınızı 11am PDT (2 PM ET, 18 UT), AMA-da cavablandırmaq üçün hazır olacağam!


    Yer ölçülü bir ekzoplanet (Kavli Hangout) ilə yaxınlaşmaq və fərdi olmaq

    Kitablarda təxminən 2000 ekzoplanet var və bunlar haqqında ən azı ölçüləri, kütlələri və Yerdən uzaqlıqları kimi geniş vuruşlarla çox şey bilinir. Yenə də bu səma cisimlərinə fərdiliyi verən detallar - hava, küləklər, hava və hətta səmalarının rəngləri az qalır. Bu, astronomların kainatın başqa yerlərində həyatın potensial genezisi barədə ipuçlarını öyrənməyə ümid etdikləri artan kiçik, Yer ölçüsündə ekzoplanetlərin sayının artması üçün doğrudur.

    İndi Nature jurnalında elan edilmiş və Massachusetts Texnologiya İnstitutunun (MIT) Kavli Astrofizika və Kosmik Tədqiqatlar İnstitutunun üzvü tərəfindən aşkarlanan yeni bir ekzoplanet, elm adamlarına yerdən kənar bir planetlə həqiqətən tanış olmaq üçün ən yaxşı şanslardan birini təklif edir. GJ 1132b adlandırılan bu, yaxınlıqdakı qırmızı cırtdan ulduzun üzünü cəmi 40 işıq ili uzaqlıqda keçir. Bu keçid adlanan keçidlər - həqiqətən mini tutulmalar tədqiqatçılara GJ 1132b-nin ölçüsünü Yerin ölçüsündən yalnız 1,2 dəfə ölçməyə imkan verdi. Digər ölçmələr, qayalı planetimizə bənzər bir sıxlığa sahib olduğunu ortaya qoydu. Bütün bunlara görə, GJ 1132b indiyə qədər görünən ən yaxın tranzitçi, Yer ölçüsündə, qayalı bir planetdir.

    Həyat üçün çox isti olmasına baxmayaraq, sıx bir obit olduğunu nəzərə alaraq, GJ 1132b'nin kiçik ulduzuna nisbətən nisbətən böyük ölçüsü, onu ideal bir planet laboratoriyasına çevirir. Çox güman ki, Hubble-ın 2018-ci ildə işə salınması üçün davam edən James Webb Space Teleskopunun ilk hədəflərindən biri olacaq. Veb, tərkibinin işarələrini daşıyan planet atmosferində ulduz işığı toplayacaq. GJ 1132b bununla da kiçik ekzoplanetlərin gələcək xarakteristikaları üçün Rosetta Daşı rolunu oynaya bilər.

    28 Oktyabr 2015-ci il tarixində Kavli Vəqfi üç astrofiziklə GJ 1132b kəşfinin digər günəş sistemlərindəki dünyaları başa düşmək üçün həlledici ola biləcəyi barədə danışdı.

    Zachory Berta-Thompson - MIT-in Kavli Astrofizika və Kosmik Tədqiqatlar İnstitutunun ekzoplanet tədqiqatçısı. Berta-Thompson yeni Nature qəzetinin aparıcı müəllifidir və ekzoplanet tranzitləri üçün yaxınlıqdakı qırmızı cırtdanları izləyən və GJ 1132b-ni dəqiqləşdirən MEarth Layihəsinin bir hissəsidir.

    Elisabeth Newton - Təbiət məqaləsinin həmmüəllifidir, MEarth Layihəsinin üzvü və Harvard-Smithsonian Astrofizika Mərkəzində aspirantdır.

    Rory Barnes - Vaşinqton Universitetinin Astronomiya və Astrobiologiya Bölməsində tədqiqatçı dosentdir. O, eyni zamanda mövcud elmi alətlər vasitəsi ilə həyatın varlığını necə uzaqdan ayırd edə biləcəyimizi öyrənmək üçün ekzoplanetar mühitləri simulyasiya edən Virtual Planet Laboratoriyasının üzvüdür.

    Aşağıda onların dəyirmi masa müzakirəsinin redaktə edilmiş bir stenoqramı verilmişdir. İştirakçılara qeydlərini dəyişdirmək və ya düzəltmək imkanı verilib.

    Kavli Vəqfi: Bu yeni ekzoplanetin, GJ 1132b-nin kəşfində bənzərsiz nə vacibdir?

    Elisabeth Newton: Bir çox ekzoplanet kəşfi var - düşünürəm ki, gündə orta hesabla bir yeni ekzoplanetə yaxınlaşırıq. Ancaq bu planetlərin əksəriyyəti çox uzaq və çox böyük olan ulduzların ətrafında fırlanır. Bu iki amil bir planetin xüsusiyyətlərinin nə olduğunu həqiqətən başa düşməyin çətinləşməsinə kömək edir. GJ 1132b, tanıdığımız digər Yer boyu planetlərdən üç dəfə yaxındır və Günəşin yalnız beşdə biri qədər kiçik bir qırmızı cırtdan ulduzun ətrafında dövr edir. Yəni bu kəşfin bənzərsiz olmasının səbəblərindən biridir.

    Rory Barnes: GJ 1132b, Günəşdən çox fərqli bir ulduz ətrafında dövr etdiyi üçün, planet inkişaf etdikcə çox fərqli geofiziki proseslər keçir. Planet, ehtimal ki, qırmızı cırtdanların ətrafındakı planetlərdə baş verən bəzi bu prosesləri anlamaq üçün ilk imkanlarımızdan biri olacaqdır. NASA-nın yaxın gələcəkdə həyat axtararkən bu kiçik, qırmızı ulduzlara diqqət yetirmək planı var. Qırmızı cırtdanlar, qalaktikadakı bütün ulduzların yüzdə 80-i kimi bir şey təşkil edən ən çox yayılmış ulduz növüdür və nisbətən zəif və kiçikdirlər, buna görə də planetlərini tranzit hadisələr zamanı ayırd etmək və öyrənmək daha asandır. Ancaq bu qırmızı ulduzların həyata nə qədər dost ola biləcəyini bilmirik.

    Zachory Berta-Thompson: Düzdür. Exo-aləmlərin necə olduğuna dair həqiqətən tam bir təsəvvür əldə etmək üçün GJ 1132b kimi yaxınlıqdakı, keçid edən planetlərə diqqət yetirməliyik. Onların ölçülərini və kütlələrini, orbitlərini və atmosferlərini ölçə bilərik. Nəticədə bu testləri yaxın gələcəkdə, hətta beş-on ildə də edə biləcəyimiz çox yaxşı olacaq.

    R.B .: Unutmamalıyıq ki, Zach və Elisabeth kimi insanlar bu planetləri tapanda bir teleskopda ulduz işığının azca qaralmasına bənzəyirlər - yalnız bir ulduzun qarşısından keçən bu kiçik qara disklər. Ancaq yaxınlıqdakı bir ulduzun ətrafında GJ 1132b kimi kiçik bir planet tapmaq həqiqətən həyəcan verici, çünki bu, onlar haqqında öyrənməyə başlamağımıza imkan verir. Hamı ekzoplanetlərin çox müxtəlif xüsusiyyətlərə sahib olmasını gözləyir. Günəş Sistemimizin ətrafına baxdığımızda inanılmaz saysız-hesabsız dünyanı görürük, amma bu tam mənzərə ola bilməz. Ekzoplanetlər bu həqiqətən qəribə, qəribə yeni dünyalar olacaq və bu bizə təbiətin nəyə qadir olduğunu öyrədəcək.

    TKF: Niyə ekzoplanetlərin yaxınlığı onları ətraflı öyrənə bilmək üçün bu qədər vacibdir?

    E.N .: Ən böyük amil parlaqlıqdır. GJ 1132 kimi bir ulduz götürsəniz və onu 10 qat daha uzaqlaşdırsanız, çox qaranlıq olacaq. İşığın intensivliyinin məsafədə necə azaldığına görə ətrafdakı planetlərin aşkarlanmasını və bu planetlərin bütün təqib işlərini 100 qat daha da çətinləşdirir.

    Z.B-T .: Tam olaraq. Astronomiyada etdiyimiz bütün ölçülər, bu ulduzlardan və ya bu planetlərdən aldığımız fotonları - işıq hissəciklərini saymağa qədər qaynar. Bir planet qoyduğunuz hər bir az uzaqda, fotonları tapmaq o qədər çətindir.

    R.B .: GJ 1132b atmosfer xüsusiyyətlərini həqiqətən ölçdükdən sonra fantastik olacaq. Hər zaman bir ekzoplanetanın atmosfer quruluşunu ölçmək şansınız olur, necə meydana gəldiyi və necə inkişaf etdiyi haqqında çox şey öyrənəcəksiniz.

    TKF: GJ 1132b atmosferinin necə olacağını gözləyə bilərik?

    Z.B-T .: Rory'nin dediklərini eşitmək çox maraqlıdır, çünki yazını yazarkən bu barədə danışdıq. Ekzoplanetlərlə bu günə qədər təcrübəmiz odur ki, nəhayət ölçmə apardıqda təəccüblənirik.

    R.B .: Mən səninlə razıyam. Ekzoplanetlərdə gözlədiyimiz bir şey təəccüblənməkdir! Şübhəsiz ki, bəzi ehtimal olunan nəticələrə dair bəzi təxminlər edə bilərik. Məsələn, Zachın məqalədə qeyd etdiyi kimi, GJ 1132b atmosferində yüksək oksigen səviyyəsinin olması ehtimalı var. Bu, ev sahibi ulduzun bəlkə də bu planetin ömrünün ilk mərhələlərində daha parlaq olmasından qaynaqlanır. Ulduz atmosferdəki su molekullarında mövcud olan bir çox hidrogeni partlaya bilər və bu gün də aşkar edilə bilən böyük bir oksigen komponenti olan bir atmosfer qoyur.

    TKF: Oksigen, molekulyar formasında, metan kimi digər qazların iştirakı ilə bir planetdəki bioloji aktivliyin əlaməti ola bilər. Keçən il ekzoplanetlərin atmosferində həyat əlamətlərinin axtarışı ilə bağlı bir Kavli Hangout'unda Zach dedi: "Önümüzdəki on ildə bir planetdə və atmosferdə molekulyar oksigen kimi bir şey aşkar edə bilmək üçün çətinliklə çatırıq" və "arxamızdakı küləklə ... bacara biləcəyimiz ... doğru planeti tapırıq, yəni doğru ölçüsü və istiliyi və ən yaxın çox kiçik ulduzlardan birinin ətrafında müşahidə edilməsi asan. & rsquo Bu səslənir GJ 1132b kimi dedikləriniz, Zach?

    Z.B-T .: Demək olar ki, haqqında danışdığım şeydir. GJ 1132b həyat üçün çox isti olsa da, bizə qayalıq bir planetin atmosferini öyrənmək imkanı verir.

    R.B .: 100 faiz razıyam. Təəssüf ki, bunun üçün heç bir həyat şansı yoxdur. Ancaq hər hansı bir qayalıq planetin atmosferini öyrənə bilmək həyəcan verici.

    Məsələn, GJ 1132b atmosferində axtara biləcəyimiz ən maraqlı şeylərdən biri də vulkanların imzalarıdır. GJ 1132b son dərəcə vulkan ola bilər. Planetin orbitində az miqdarda ekssentrikliyin və ya mükəmməl dairəvilikdən kənarlaşmanın aşkar edilməsi onu "super-Io" adlandırmaq istədiyim bir şeyə çevirə bilər. Bu, Jupiterin vulkanik, "pizza üzlü" ayı İo kimi, Günəş Sistemində, daha böyük bir cisim xaricində. Vulkanların püskürdüyünü bildiyimiz Günəş Sistemimizin xaricindəki bir planeti bağlamaq həqiqətən həyəcanverici olardı.

    Oksigen və GJ 1132b ehtimalına qayıtsaq, oksigen çox reaktiv bir elementdir, buna görə atmosferdə asmağı sevmir. Ancaq kifayət qədər oksigeniniz varsa, çıxarıldığı bütün müxtəlif üsulları alt-üst edə bilərsiniz. Beləliklə, GJ 1132b-də oksigen tapa bilərik və bu, heç bir uzanma ilə həyatla əlaqəli olmayacaqdır. Oksigen, ev sahibi ulduzun təkamülünün Günəşimizdən fərqli bir maraqlı tərəfindən qaynaqlana bilər. Günəşimiz indiki ölçüsünə nisbətən sürətlə çatdı, qırmızı cırtdanlar isə bu çox uzun və parlaq olmağın çox uzun müddətini keçə bilər.

    TKF: Elisabeth, tədqiqatınız GJ 1132 kimi yaxınlıqdakı qırmızı cırtdan ulduzlara yönəlmişdir. Ulduz haqqında nə bilirik və nə üçün vacibdir?

    E.N .: Ulduzun kütləsini və radiusunu bilmədən əslində onun keçid planetlərinin ölçüsü barədə çox az məlumatınız var. Ulduz üçün təxmini radiusumuz yüzdə 30-a bağlıdırsa, təxmin edilən planet radiusumuz da yüzdə 30-a bağlıdır - ölçmələr bir-birinə bağlıdır. Bu ulduz üçün əlimizdəki ən vacib məlumatın ulduzun Günəş Sistemimizə olan məsafəsi deməkdir. Nə qədər işıq saçdığını da ölçdük. Bir ulduzun məsafəsini və nə qədər parlaq göründüyünü bilsək, onun daxili cəhətdən parlaq olduğunu hesablaya bilərik. Əsl parlaqlıq bizə ulduzun kütləsi və radiusu haqqında olduqca yaxşı bir fikir verir.

    Dərhal ağla gələn digər bir əsas xüsusiyyət ulduzun "metallığı" ya da kimyəvi tərkibinin hidrogen və helyumdan daha ağır elementlərdən ibarət olmasıdır. Metallik, ulduzun planetləri meydana gəldiyi zaman mövcud olan daha ağır elementlərin miqdarını bilmək üçün vacibdir. GJ 1132 kimi kiçik bir ulduz üçün tez-tez infraqırmızı spektroskopiya deyilən bir texnikadan istifadə edərək metallik göstəriciləri əldə edirik. Elə olduğu kimi, təxminən dörd il əvvəl ulduzun infraqırmızı yaxın bir spektrini toplamışdım, ətrafında bir planetin olduğunu bilmədiyimiz zaman!

    Z.B-T .: Bu çox yaxşı bir uzaqgörənlik idi. [Gülüş]

    E.N .: Bu spektr bizə GJ 1132-nin Günəşdən biraz daha az metal baxımından zəngin olduğunu söylədi, lakin GJ 1132-i meydana gətirən qaz və toz buludunun içərisində GJ 1132b kimi qayalı cisimlər meydana gətirmək üçün kifayət qədər metal olduğu açıq şəkildə göstərildi.

    Digər vacib xüsusiyyət ulduzun yaşıdır. Ulduzun fırlanma müddətinin nə qədər olduğunu və GJ 1132b-nin uzun müddətini başa düşə bilərik - onu 125 gündə ölçdük. Bu səbəbdən GJ 1132-nin kifayət qədər köhnə olduğunu, bəlkə də beş milyard ilə yeddi milyard il arasında olduğunu düşünürük. Beləliklə, aşağı səviyyədə olsa da, bu GJ 1132-nin Günəşimiz qədər köhnə olduğunu göstərir. GJ 1132b-dən başqa daha mülayim, "yaşana bilən zonada" orbitə çıxan planetlərə sahib olsaydı, nəzəri olaraq, dünyadakı kimi həyatı inkişaf etdirmək üçün çox vaxtları olardı.

    TKF: Müşahidələr qırmızı cırtdan ulduzların Günəşimizdən daha çox günəş parlaması aktivliyinə sahib olduğunu ortaya qoydu. Bu alovlar, yaxınlıqdakı planetləri şüalandıran geniş enerji sellərini və hissəcikləri kosmosa atır. GJ 1132b bu alovların planetar və potensial bioloji təkamülə təsirinə bir az işıq qoya bilərmi?

    R.B .: Günəşimizdən olduqca təhlükəsiz bir məsafədəyik. Ancaq qırmızı cırtdanların ətrafındakı planetlər üçün yaşayış zonaları ulduzlarına çox yaxındır. Bu, planetləri alovlanmanın təsirlərinə və ev sahibi ulduzların fəaliyyətinə, dünyadakından daha çox həssas edir. Alov əslində bir atmosferi məhv edə bilər və təbii ki, həyat üçün yaxşı deyil. Nəfəs almaq və istiliyi bir qədər xoş tutmaq üçün bir atmosferə ehtiyacınız var. Atmosferinizi itirirsinizsə, bu həqiqətən böyük bir problemdir.

    Ancaq bir çox məşəlin hər vəziyyətdə mütləq qatil olub olmadığını bilmirik. Əlbəttə ki, bu planetlərdə məşəllərin yüksək enerjili hissəciklərini əyə bilən maqnit sahələrini davam etdirmək mümkündür. GJ 1132b kimi planetlərə sahib olduğunuzda, bu cür effektləri nəhayət ətraflı şəkildə öyrənməyə başlamaq imkanı verir. Yaşanmaz bir planetdir, ancaq bizə qırmızı cırtdanlar ətrafında yaşana bilən zonada baş verənlər barədə bəzi modellərimizi sınamaq imkanı verir.

    Z.B-T .: Tamamilə. "Qırmızı cırtdanın ətrafında bir yaşayış zonası planetində bir atmosfer varmı?" açıqdır. GJ 1132b ilə əlaqədar mənim üçün ən həyəcan verici şeylərdən biridir. Əgər bu qırmızı cırtdan ulduzlardan birinə bu qədər yaxın bir mühitdə atmosferini saxlaya bilsəydi, bu, əlbəttə ki, daha soyuq, daha bənzər bir planetin atmosferə sahib olması üçün çox yaxşı bir vəd verərdi həmçinin.

    TKF: GJ 1132b, başqa cür yaşaya bilən ekzoplanetlərin qırmızı cırtdan ulduzlar üçün necə də səliqəli şəkildə kilidlənə biləcəyini anlamağa kömək edəcəkmi, eyni şəkildə Ayımız həmişə eyni üzü Yer üzünə göstərir? Bəzi araşdırmalara görə Rory və digərlərinin apardıqları bir ulduza bağlanma, ekzoplanetdə yad həyat üçün fəlakətli ola bilər. Dünyanın bir tərəfi davamlı bir gündüz qovurar, digər yarımkürəsi isə əbədi gecədə bərk donar.

    Z.B-T .: Düşünürəm ki, GJ 1132b yığcam bir şəkildə kilidlənibsə ölçülməsi çətin olacaq. Planetdə bir atmosfer yoxdursa, planetimizin öz oxu ətrafında fırlandığı zaman yaydığı istiyə baxa bilərik və qalıcı bir gündüzün və daimi bir gecə olduğunun fərqinə vara bilərsiniz. Ancaq bu ölçü planetin səthindəki qaya xüsusiyyətlərini dərindən anlamağı tələb edəcək və atmosfer varsa daha da hiyləgər olardı. Beləliklə, bilmirəm! Ancaq GJ 1132b atmosferinin nəzəri təsirləri ilə şübhəsiz ki, maraqlanıram və beləliklə estafeti Rory-yə verəcəyəm.

    R.B .: GJ 1132b-nin necə kilidlənmədiyini təsəvvür etmək həqiqətən çətindir. Yalnız bir və ya iki günlük orbital dövrdə ulduzuna bu qədər yaxın olan bir planetiniz olduqda - GJ 1132b-də bir "il" 1,6 Dünya günü davam edir! - yalnız on və ya yüz min il ərzində arıq bir şəkildə kilidlənə bilər.

    Deməli, onda "bu təsiri necə müşahidə edirsiniz?" Zach, atmosfer olmadığı təqdirdə işləyə biləcək bir ehtimal üçün sizə çox gözəl bir açıqlama verdi. Ancaq şübhəm budur ki, GJ 1132b nə olursa olsun, bir atmosferə sahib olacaq. Ulduzuna çox yaxın olduğu üçün, ulduz işığı səthindəki ərimiş qayalar olacaq və bir az atmosfer yaradır. Planetdə Io-da baş verənlər kimi bir növ gelgit istiləşməsi varsa, o zaman intensiv vulkanik olacaq. Əlbətdə ki, atmosferi soymaq olar. Nəhayət, buxarlana bilən başqa bir elementin olmadığı bir nöqtəyə çata bilərsiniz, beləliklə çılpaq bir qaya topu ilə nəticələnəcəksiniz.

    Hər halda, James Webb Space Teleskopu kimi bir şey əldə edə bildikdə GJ 1132b-yə baxa bilərik ki, bu, heç olmasa bizi qırmızı cırtdanların ekzoplanetlərindəki təsirlərini şərh etməyə çalışan yoldan çıxaracaq.

    TKF: Kosmik qonşuluğumuzda James Webb Space Teleskopunu hədəf alacaq daha yaxşı ekzoplanetlər var və ya GJ 1132b ümid edə biləcəyimiz qədər yaxşıdır?

    Z.B-T .: GJ 1132-dən daha yaxın olan 400-500 ulduzlu sistem var, lakin qalaktikadakı milyardlarla ulduz arasından nisbətən az bir rəqəm! Demək olar ki, hər ulduzun planetləri olduğu üçün mütləq GJ 1132b-dən daha yaxın olan planetlər var. Ancaq bu günə qədər yalnız ulduzlarını tranzit edən iki yaxın planetin olduğunu bilirik, lakin bu ekzoplanetlər GJ 1132b qədər kiçik və isti temperaturda deyillər.

    Ulduzların ətrafındakı planetlərin statistikası haqqında bildiklərimizə əsasən, GJ 1132b-dən daha yaxın 10-20 tranzit planet kimi bir şey olmalıdır. 2017-ci ildə başlayan TESS adlı bir missiya var - Transiting Exoplanet Survey Satellite - çıxıb çox yaxın tranzit planetləri tapmağa çalışacağıq.

    Bunun üzərinə, hələ də GJ 1132 sistemindəki digər planetləri axtarırıq. Son bir neçə ildə öyrəndiklərimizdən biri də çoxsaylı planet sistemlərinin bu kimi kiçik ulduzlar ətrafında çox yayılmış olmasıdır. MEarth-a baxırıq, ulduzu müşahidə etdiyimiz teleskoplar. Spitzer Kosmik Teleskopu ilə dörd gün düz ulduza baxıb daha kiçik planetlərin keçidlərini aşkarlaya biləcəyimizi görmək üçün vaxt aldığımızı bildik. GJ 1132b is probably about the smallest planet we could have possibly detected with the data that we have gathered so far. But if we push a little bit deeper, it could be that there are smaller planets lurking in nearby orbits that we could pick up very soon.

    TKF: You're all in relatively early portions of your careers. What does it feel like to have all these exoplanet discoveries happening right now?


    LIFE DETECTION CAPABILITIES OF LUVOIR AND HABEX

    Shawn Domagal-Goldman of NASA Goddard Space Flight Center began his talk by emphasizing the need for collaboration and complementarity in the search for biosignatures. He said that the properties of the exoplanet population discovered to date have caused us to reconsider how planetary systems form and evolve.

    The next major step, he said, is to characterize their chemical compositions. It has already been done a bit with the Hubble and Spitzer space telescopes, but it will ramp up with the launch of the James Webb Space Telescope (JWST) and then later with the Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST). The most successful planet discovery techniques to date, the radial velocity and transit techniques, are biased towards planets close to their host stars. Conversely, WFIRST&rsquos microlensing mission will be biased towards the outer planets, completing the census of exoplanets. Its coronagraph could also characterize gas giant exoplanets, and a starshade&mdashan option that has been studied but not approved&mdashcould enable the search for potential biosignatures. Extremely large ground-based telescopes are now being developed that should be able to do not only transit spectroscopy (which would be biased

    towards the stratosphere), but also direct imaging of planets&mdashperhaps even rocky ones&mdashin the habitable zones of M dwarfs. However, Domagal-Goldman is concerned about the habitability of planets orbiting M dwarfs due to the possibility that they would have lost their atmospheres due to high-energy radiation from their host stars.

    Potential and Desired Telescope Specifications

    Therefore, Domagal-Goldman said, we should think about how to complement JWST and the extremely large, ground-based telescopes and look beyond M dwarfs. One question is what the wavelength range should be. Ideally, a telescope will need to look at wavelengths shorter than both those JWST is able to observe and those for which ground-based adaptive optics are optimized&mdashthat is, the UV and visible. The near-infrared is nonetheless also an interesting region. The wavelength range can help mitigate false positives and increase user knowledge of the environmental context (see Figure 5.2). For exoplanets, this means identifying as many gases and their abundances as possible, which means a wide wavelength range. Domagal-Goldman likes the idea of using the flux or kinetics of biosignatures as a discriminant, a conclusion independently reached in the earlier presentation by Tori Hoehler. Abiotic production of many molecular species proceeds at a rate that is orders of magnitude lower than would be expected through production by life. This contrasts with the concentrations of gases, for which abiotic processes can lead to higher values of oxygen and ozone than biotic ones.

    The challenge to identifying or constraining fluxes is that it requires a great deal of environmental context. The teams for LUVOIR and HabEx, he said, want the lower wavelength cutoff to be set at about 100 nm to characterize the far UV starlight that produces a lot of photochemistry as an important constraint on the abiotic sources of oxygen and ozone. However, the wavelength cutoff for directly imaging planets would be 300 to 400 nanometers. Although WFIRST is only planning a maximum wavelength of 1 micron, LUVOIR and HabEx are considering going out to 2 to 3 microns. This would yield the detection of O2, O3, H2O, CH4, and high levels of CO and CO2. This set of gases would allow for identification of high flux rates of O2 and CH4 to modern Earth&rsquos atmosphere, and discrimination of Earth&rsquos O2 as biogenic in origin. Obtaining this wide wavelength range is difficult. Maintaining UV capability requires clean mirrors, but when cooling the telescope below 260 K in order to observe in

    FIGURE 5.2 Spectrum of Earth as seen from Saturn. SOURCE: NASA Space Telescope Science Institute (STSciI) presented in Shawn Domagal-Goldman, &ldquoLife-Detection Capabilities of LUVOIR and HabEX . . . and WFIRST,&rdquo presentation to the Workshop on Searching for Life across Space and Time, December 6, 2016.

    the infrared, precipitates will appear on the mirror&rsquos surface. Keeping the telescope above 260 K, however, will degrade observations beyond about 1.8 microns. On the other hand, the extension out to at least 1.8 microns will maintain the ability to detect the suite of gases required to constrain oxygen fluxes.

    Another technical challenge, according to Domagal-Goldman, is the starlight suppression. Using a starshade flying in formation significantly lessens the burdens placed on the telescope itself. Another advantage of a starshade over a coronagraph is that there is no outer working angle, meaning that outer planets potentially as far as Kuiper belt distances will remain visible. However, a major disadvantage is that, as the observations move to longer wavelengths or are made with larger telescopes, the starshades become quite large. To observe at 2 microns on a mission like HabEx or to observe at any wavelengths with a large telescope like LUVOIR, a starshade with a diameter of about 100 m is required. Packing a starshade of that size would be challenging. The biggest challenge, he said, may be the edge tolerance of the starshade petals. A coronagraph, on the other hand, suppresses the starlight within the telescope. However, waveform distortions from the optics must be corrected. In a segmented mirror, this can be done by making very stiff segments and ensuring they do not move with respect to each other with active control systems. The mechanisms for doing this have all flown before, and the control systems required are already in operation on ground-based systems such as Keck. Thus, in theory, all the components are in place for this to work. In practice, however, this has not yet been demonstrated at the systems level at the precision required to suppress starlight sufficiently to detect and characterize potential Earth-like worlds.

    Both LUVOIR and HabEx are proposed to observe potentially habitable planets and search for potential biosignatures. However, HabEx will be optimized for planets while enabling a broader range of general astrophysical observations. LUVOIR, on the other hand, will be a general observatory for a variety of astrophysical goals, including exoplanets. The two missions also have different levels of ambition. HabEx aims to search for planets around enough stars to have a very good chance at characterizing at least one rocky planet in the habitable zone of another star. LUVOIR, on the other hand, will attempt to characterize dozens of such worlds. LUVOIR will also be able to constrain the abundance of any property on those worlds, including a biosignature or combination of biosignatures, to a level of

    10 percent. Due to the uncertainty of future budgets and scientific and technological discoveries, Domagal-Goldman wants several options to be prepared for different future realities.

    Each mission has two different potential architectures depending primarily on the telescope&rsquos aperture size. For reference, the Hubble Space Telescope and WFIRST each have a diameter of 2.4 m. The HabEx team is considering using either one 4-m, monolithic mirror or a 6.5-m segmented mirror (either hexagonal or pie-shaped), the same size as JWST. The LUVOIR design team is deciding between a 9-m and a 16-m architecture, both segmented. This is the largest telescope a launch vehicle could reasonably fit. He then simulated an observation of Europa with a

    10-m LUVOIR, which would be able to clearly see the structure of the claimed plume. Domagal-Goldman then simulated the number of potentially Earth-like planets observable as a function of aperture size. For a telescope with a 4-m, 8-m, or 16-m aperture, approximately 6, 25, or 100 potentially Earth-like planets would be observable, respectively. The more candidates observable, the more precise the constraints are on the fraction of rocky planets in the habitable zone. However, these telescopes won&rsquot just find potential Earths. They will find everything more detectable than Earth too. Even for the 4-m mission, dozens of other (likely) uninhabitable worlds will also be discovered, such as a warm Titan. A 12-m mission would likely find Jupiter analogs and warm Jupiters. Larger apertures allow for a higher cadence of observations, so more of the temporal domain is observable. This opens up techniques such as longitudinal mapping of planetary surfaces and maybe even latitudinal mapping using seasonal or orbital variations.

    Notional Instruments

    Instruments are being considered for both telescopes. Domagal-Goldman said that both are likely to have a starlight suppression technique, probably a coronagraph. LUVOIR is planning an instrument called the Optical-IR Band Spectroscopy Coronagraph for Understanding Rocky Atmospheres (OBSCURA). The goal for OBSCURA is to get a contrast ratio of <10 10 with low resolution spectroscopy (R > 150) from 0.2 to 0.4 or up to 1.8 to 2.4 &mum if the stretch goal is met.

    Another LUVOIR instrument is the UV Multi-Object Spectrograph (LUMOS). This would extend from the far- to the near-UV and have a high resolution of about R &asymp 100,000. When used in multi-object mode, its resolu-


    The Kavli Foundation: Q&A on Earth-sized Exoplanet GJ1132b

    By: The Editors of Sky & Telescope November 16, 2015 0

    Bu kimi məqalələri gələnlər qutunuza göndərin

    A newfound alien world orbiting a small, nearby star could be one of the first exoplanets scientists get to investigate in detail. Three astrophysicists discuss the possibilities.

    An artist's impression of an exoplanet transiting a red dwarf star in the same way as the newfound, Earth-size exoplanet, GJ 1132b. (Credit: ESO/L. Calçada)

    There are nearly 2,000 exoplanets on the books, and much is known about them, at least in broad strokes, such as their size, mass and distance. Yet the details that give these celestial bodies their individuality—such as weather, winds, air, and even the colors of their skies—remain scant. This is particularly true for the growing number of small, Earth-size exoplanets, from which astronomers hope to glean clues about life's potential genesis elsewhere in the universe.

    Now a newfound exoplanet announced today in the journal Təbiət, and discovered by a member of the Kavli Institute for Astrophysics and Space Research at the Massachusetts Institute of Technology, offers scientists one of the best chances to truly know an extraterrestrial planet. Called GJ 1132b, it crosses the face of a nearby red dwarf star only 40 light-years away. These so-called transits—mini-eclipses, really—have allowed researchers to gauge GJ 1132b's size as just 1.2 times that of Earth's. Other measurements have revealed it boasts a similar density to our rocky planet. All told, GJ 1132b is the closest transiting, Earth-size, rocky planet ever spotted.

    GJ 1132b is too hot for life because of its tight orbit, but its relatively large size compared to its star nevertheless makes it an ideal planetary laboratory. It will likely be one of the first targets of the James Webb Space Telescope, Hubble's successor, launching in 2018. The Webb will gather starlight streaming through the planet's atmosphere, bearing markers of its composition. GJ 1132b might thereby serve as a Rosetta Stone for future characterizations of small exoplanets.

    Read a conversation with three astrophysicists, courtesy of the Kavli Foundation, about why the discovery of GJ 1132b could be crucial to the quest to understand worlds in other solar systems.

    • Zachory Berta-Thompson – is a Torres Fellow for Exoplanetary Research at the Massachusetts Institute of Technology's Kavli Institute for Astrophysics and Space Research (MKI). Berta-Thompson is the lead author of the new Təbiət paper and is part of the MEarth Project, which monitors nearby red dwarfs for exoplanet transits and pinpointed GJ 1132b.
    • Elisabeth Newton – is a co-author of the Təbiət paper, a member of the MEarth Project and a graduate student at the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.
    • Rory Barnes – is a research assistant professor in the Department of Astronomy and Astrobiology Program at the University of Washington. He is also member of NASA's Virtual Planetary Lab that simulates exoplanetary environments to learn how we might remotely discern the presence of life through our scientific instruments.

    The following is an edited transcript of their roundtable discussion. The participants have been provided the opportunity to amend or edit their remarks.

    THE KAVLI FOUNDATION: What is uniquely important about the discovery of this new exoplanet, GJ 1132b?

    ELISABETH NEWTON: There are many exoplanet discoveries—I think we're probably approaching an average of one new exoplanet per day. But the majority of those planets orbit stars that are very far away and very large. Those two factors contribute to making it difficult to actually understand what the properties of a planet are. GJ 1132b is three times closer to us than any other Earth-sized planet we know of, and it orbits a small red dwarf star that is just one-fifth the size of the Sun. So that's one of the reasons why this discovery is unique.

    RORY BARNES: Because GJ 1132b is orbiting a star that's very different from the Sun, the planet is undergoing very different geophysical processes as it evolves. And it will probably offer one of the first opportunities to understand some of these processes happening on planets around red dwarfs. In fact, NASA has a plan to really focus on these small, red stars in the near future in the search for life. Red dwarfs are the most common type of star, making up something like 80 percent of all stars in the galaxy, and they are relatively dim and small, so their planets are easier to discern and study during transit events. But we don't know just how friendly to life these red stars might be.

    ZACHORY BERTA-THOMPSON: Düzdür. To get a really complete picture of what exo-worlds are like, we need to focus on nearby, transiting planets, such as GJ 1132b. We can measure their sizes and their masses, their orbits and their atmospheres. It will be nice that we can ultimately do these tests sometime soon, even in the next five to 10 years.

    BARNES: It's worth keeping in mind that when people like Zach and Elisabeth find these planets, they just look like a little dimming of starlight in a telescope—just these little black disks crossing in front a star. But finding a small planet like GJ 1132b around a nearby star is really exciting because it gives us an opportunity to start to learn about them. Everybody expects exoplanets to have a huge diversity of properties. When we look around our Solar System, we see an amazing myriad of worlds, but yet that can't be the full range. Exoplanets are going to be these really bizarre, strange new worlds, and that will teach us about what nature is capable of.

    TKF: Why is the proximity of exoplanets so important for being able to study them in detail?

    NEWTON: The biggest factor is brightness. If you take a star that's like GJ 1132 and you put it 10 times further away, it's going to be a lot dimmer. That makes the detection of planets around it and all the follow-up studies of these planets 100 times harder, because of how the intensity of light diminishes over distance, just as a flashlight appears dimmer when it's farther away.

    BERTA-THOMPSON: Tam olaraq. All the measurements that we make in astronomy pretty much boil down to counting the photons—particles of light—that we get from these stars or these planets. Every little bit farther away that you put a planet, the more difficult it is to detect those photons.

    BARNES: GJ 1132b is going to be fantastic once we actually measure its atmospheric properties. Anytime you have a chance to measure the atmospheric composition of an exoplanet you're going to learn a lot about how it formed and how it evolved.

    TKF: What do you think GJ 1132b's atmosphere might be like?

    BERTA-THOMPSON: I'm really curious to hear what Rory has to say because as we wrote the paper, we talked about that. Our experience so far with exoplanets is that we're usually surprised when we finally get measurements.

    BARNES: Mən səninlə razıyam. The one thing we should expect with exoplanets is to be surprised! We can certainly make some crude guesses as to some of the most likely outcomes. For example, as Zach mentioned in the paper, there is the possibility of high oxygen levels in GJ 1132b's atmosphere. That could result from the host star being much brighter during the early stages of this planet's lifetime. The star could have blasted off a lot of the hydrogen that was present in water molecules in the atmosphere, leaving behind an atmosphere with a large oxygen component that might still be detectable today.

    TKF: Oxygen, in the presence of other gases such as methane, could be a sign of biological activity on a planet. BirKavli Hangout last year about the search for signs of life in exoplanets' atmospheres, Zach said: "In the next decade we are just barely getting to the edge of being able to detect something like molecular oxygen in a planet’s atmosphere," and with the "wind at our backs we may just be able to . . . find the right planet, meaning it's the right size and the right temperature, and around one of the very closest very small stars so it’s easy to observe.’ It sounds like GJ 1132b is what you were talking about, Zach?

    BERTA-THOMPSON: It's almost exactly what I was talking about. Even though GJ 1132b is just too gosh darn hot for life, it still gives us an opportunity to study the atmosphere of a rocky planet.

    BARNES: I agree 100 percent. There is no chance of life on this one, unfortunately. But it is exciting to be able to study the atmosphere of any rocky planet.

    For example, one of the most interesting things we can look for in the atmosphere of GJ 1132b would be signatures of volcanoes. GJ 1132b could be extremely volcanic. Detecting just a small amount of eccentricity, or deviation from perfect circularity, in the planet's orbit could turn it into something that I like to call a "Super-Io." This would be like Jupiter's volcanic, "pizza-faced" moon Io, here in the Solar System, except a much larger body. It would be really exciting to be able to pin down a planet outside of our Solar System where we know volcanoes are erupting.

    Turning back to the possibility of oxygen and GJ 1132b, oxygen is a very reactive element, so it doesn't like to hang around in an atmosphere. But if you have enough oxygen, you can overwhelm all the different methods by which it gets removed. So it's certainly possible we could find oxygen on GJ 1132b and it would not be due to life by any stretch. The oxygen could result from an interesting aspect of its host star's evolution, which differs from what our Sun underwent. Our Sun reached its current size relatively quickly, whereas red dwarfs can go through this very long period of being very big and bright.

    TKF: Elisabeth, your research focuses on nearby red dwarf stars, such as GJ 1132. What do we know about the star and why is it important?

    NEWTON: Without knowing the star's mass and radius, you actually have very little understanding of the size of its transiting planets. If our estimated radius for the star is off by 30 percent, then our estimated planet radius is also off by 30 percent because the measurements are linked. For this star, that means the single most important information we have is the star's distance from our Solar System. We have also measured how much light it emits. If we know a star's distance and how bright it appears, we can calculate how intrinsically luminous it is. The true brightness gives us a pretty good idea of the star's mass and radius.

    Another key property that comes immediately to mind is the star's "metallicity," or how much of its chemical composition consists of elements heavier than hydrogen and helium. Metallicity is important for knowing the amount of heavier elements that were present when the star's planets formed. For a small star like GJ 1132, we often obtain metallicity readings using a technique called near-infrared spectroscopy. As it so happened, I had gathered a near-infrared spectrum of the star about four years ago, when we had no idea it had a planet around it!

    BERTA-THOMPSON: That was very good foresight. [Laughter]

    NEWTON: That spectrum told us that GJ 1132 is a bit less metal-rich than the Sun, but the cloud of gas and dust that formed GJ 1132 evidently had enough metals in it to form rocky bodies like GJ 1132b.

    Another important property is the star's age. We can get a sense of that from how long the star's rotation period is, and GJ 1132b has a long one—we measured it at 125 days. We therefore think GJ 1132 is fairly old, maybe around 5- to 7-billion-years. So, even on the low end, that means GJ 1132 is about as old as our Sun. If it has planets besides GJ 1132b that orbit farther out in its temperate, "habitable zone," in theory they would have had plenty of time to develop life, like here on Earth.

    TKF: Observations have revealed that red dwarf stars have more solar flare activity than our Sun. These flares expel vast torrents of energy and particles into space that irradiate nearby planets. Can GJ 1132b shed some light on the impact of these flares?

    BARNES: We're at a pretty safe distance from our Sun. But the habitable zones for planets around red dwarfs are very close into their star. That makes the planets susceptible to the effects of the flaring and the activity of their host star, much more so than on Earth. The flaring can actually strip an atmosphere away and that, of course, is not good for life. You need an atmosphere to breathe and to keep temperatures somewhat pleasant. If you lose your atmosphere, that's a really big problem.

    But we don't know if a lot of flaring is necessarily going to be a killer in every case. It's certainly possible to sustain magnetic fields on these planets that can deflect the flares' high-energy particles. When you have planets like GJ 1132b, it affords you the opportunity to finally start studying these kinds of effects in details. It's an uninhabitable planet, but it is giving us the opportunity to test some of our models about what is happening in the habitable zone around red dwarfs.

    BERTA-THOMPSON: Tamamilə. The question, "Does a habitable-zone planet around a red dwarf have an atmosphere?" is open. That's one of the things that's most exciting to me about GJ 1132b. If it has been able to hold on to its atmosphere in so harsh an environment, then that would certainly bode very well for a cooler, more Earth-like planet farther out to have an atmosphere as well.

    TKF: Will GJ 1132b help us understand how otherwise habitable exoplanets can become tidally locked to red dwarf stars, in the same way our Moon always shows the same face to Earth? Tidal locking to a star, according to some studies Rory and others have done, might be disastrous for alien life on an exoplanet. One side of the world would roast in a constant daytime, while the other hemisphere would freeze solid in perpetual night.

    BERTA-THOMPSON: I think it's going to be tricky to measure if GJ 1132b is tidally locked. If the planet doesn't have an atmosphere, you could look at the heat the planet emits as it rotates on its axis from our perspective, and you might be able to tell if there is a permanent daytime and a permanent nighttime. But this measurement would require a deep understanding of the planet's surface rock properties and would be even trickier if there is an atmosphere. So, I don’t know! But I'm certainly interested in the theoretical implications for GJ 1132b's atmosphere, and by saying so I will pass the baton to Rory.

    BARNES: It's really hard to imagine how GJ 1132b isn't tidally locked. When you have a planet that's so close into its star on just a one or two-day orbital period—a "year" on GJ 1132b lasts 1.6 Earth days!—it can tidally lock within just tens or hundreds of thousands of years.

    So the question is then, "how do you observe this effect?" Zach gave you a very nice explanation for one possibility that might work if there isn't an atmosphere. But my suspicion is that GJ 1132b will have an atmosphere pretty much no matter what. Because it's so close to its star, starlight is going to be melting rocks on its surface, which is going to produce a bit of an atmosphere. And if there is any sort of tidal heating in the planet, like what happens on Io, then it's going to be intensely volcanic. Of course, the atmosphere can be stripped away. You can eventually reach a point where there's just no other kind of element that can evaporate, so you'd end up with a naked ball of rock

    At any rate, once we can get something like the James Webb Space Telescope to look at GJ 1132b, that'll at least get us down the road of actually trying to interpret the effects of red dwarfs on their exoplanets.

    TKF: Are there likely even better exoplanets in our cosmic neighborhood to target with the James Webb Space Telescope, or is GJ 1132b about as good as we can hope for?

    The MEarth South telescope array at the Cerro Tololo Inter-American Observatory in Chile. Each telescope monitors its own set of nearby red dwarfs for exoplanet transits. (Credit: Harvard/CfA/MEarth)

    BERTA-THOMPSON: There are on the order of about 400 to 500 star systems closer than GJ 1132, but out of the billions of stars in the galaxy, that's a relatively small number! Because almost every star has planets, there are definitely planets that are closer than GJ 1132b. So far, though, we only know of two closer planets that transit their stars, but these exoplanets are not as small and cool in temperature as GJ 1132b.

    Based on what we know about the statistics of planets around stars, there should be something like 10 to 20 transiting planets closer than GJ 1132b. There's a mission being launched in 2017 called TESS—the Transiting Exoplanet Survey Satellite—that's going to go out and try to find those very nearby transiting planets.

    On top of that, we're also still looking for other planets in the GJ 1132 system. One of the things we've learned in the past couple of years is that multiple planet systems are very common around small stars like this one. We're looking with MEarth, the telescopes we already have observing the star. And we just found out we were awarded time with the Spitzer Space Telescope to stare at the star for four days straight to see if we can detect any transits of much smaller planets. GJ 1132b is probably about the smallest planet we could have possibly detected with the data that we have gathered so far. But if we push a little bit deeper, it could be that there are smaller planets lurking in nearby orbits that we could pick up very soon.

    TKF: You're all in relatively early portions of your careers. What does it feel like to have all these exoplanet discoveries happening right now?

    BERTA-THOMPSON: The most exciting thing to me is thinking about what the decades to come will hold for GJ 1132b . . . to be able to imagine what the telescopes that we're building right now will see when we look at it, and even the telescopes that will come after. It's really inspiring to think about the future discoveries that our students will make, or our students' students will make.

    BARNES: This is obviously exciting times to be an astronomer studying exoplanets. I have been studying them now for about 15 years, so I've witnessed a lot of the growth of the field. When I was a graduate student, it was unfathomable to me that we'd be sitting here talking about Earth-like, Earth-sized planets in our solar neighborhood, and yet here we are. In just a few years, we're going to be launching TESS and James Webb and we're actually going to be finding potentially habitable planets and characterizing their atmospheres. We're going to finally start answering some of these questions that have plagued mankind for millennia about whether are we alone and how common are planets. It's almost mindboggling to me that it's really where we're at!

    NEWTON: As Rory mentioned before, exoplanets have been offering up surprises since we first started finding them. So I have a hard time imagining what the future will bring. Will there be life on other planets? I'm pretty pessimistic I don't know if we'll find that. But the opportunities are finally coming, and I'm really just beginning my career. There's so much room over the coming decades to develop new techniques and new instruments that I think the possibilities really are endless."


    Affiliations

    Instituto de Astronomía, Universidad Católica del Norte, Avenida Angamos 0610, Antofagasta, Chile

    Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Auf dem Hügel 69, Bonn, 53121, Germany

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

    Contributions

    K.O. wrote the telescope proposal and the first draft of the paper, carried out the observations, data reduction, and image reconstruction, and worked on data interpretation. G.W. and K.-H.H. were co-authors on the telescope proposal and worked on data reduction and interpretation.

    Corresponding author


    Images from the Hubble telescope

    Hubble telescope captures spectacular image of globular cluster

    Embryonic Stars Emerge from Interstellar 'Eggs'

    Hubble Space Telescope image of Crab Nebula, a six-light-year-wide expanding remnant of a star's supernova explosion.


    Videoya baxın: dalgalar genel özellikleri periyot frekans dalga boyu hız konu anlatımı soru çözümü (Sentyabr 2021).