Экзопланеты множество новых миров


Объекты глубокого космоса > Экзопланеты

Экзопланетами называют миры, расположенные вне нашей Солнечной системы. За последние 20 лет были найдены тысячи чужих планет при помощи мощного космического телескопа Кеплер НАСА. Все они отличаются по размерам и орбитам. Некоторые – гиганты, вращающиеся очень близко, а другие – ледяные или же скалистые. Но космические агентства сосредоточены на конкретном виде. Они ищут экзопланеты размера Земли и с расположением в зоне обитаемости.

Зона обитаемости – идеальная дистанция между планетой и звездой, позволяющая поддерживать нужную температуру для образования жидкой воды. Первые наблюдения основывались только на балансе тепла, но сейчас учитываются и прочие факторы, вроде парникового эффекта. Конечно, это «размывает» границы зоны.

Экзопланеты

В августе 2016 года ученые заявили, что нашли подходящий кандидат в экзопланеты земного типа возле звезды Проксима Центавра. Новый мир назвали Проксима b. Он превосходит Землю по массивности в 1.3 раза (скалистый). Отдален от звезды на 7.5 миллионов км, а на орбиту тратит 11.2 дней. Это значит, что планета заблокирована – всегда повернута к звезде одной стороной (как в случае с земным спутником).


Ранние открытия

Хотя официально наличие экзопланет не подтверждали до 1990-х годов, астрономы знали, что они там есть. И это не строилось на фантазиях и сильном желании. Достаточно было посмотреть на медлительность вращения нашей звезды и планет.

Ученые владели главным механизмом – история появления Солнечной системы. Они знали, что существовало газовое и пылевое облако, не выдержавшее давления собственной гравитации и рухнувшее в себя. В момент крушения появилось Солнце и планеты. Сохранение углового момента обеспечило ускорение для будущей звезды. Солнце вмещает 99.8% массы всей системы, а у планет – 96% момента движения. Поэтому исследователи не уставали удивляться медлительности нашей звезды.

Они начали искать исключительно звезды, напоминающие нашу. Но ранние находки в 1992 году неожиданно привели к пульсару (мертвая звезда с быстрой скоростью вращения после взрыва сверхновой) – PSR 1257+12. В 1995 году обнаружился первый мир – 51 Пегаса b. По размеру напоминал Юпитер, но располагался ближе к своей звезде. Это было удивительное и шокирующее открытие. Но прошло 7 лет, и мы нашли новую планету, намекающую на то, что Вселенная богата на миры.


В 1998 году команда из Канады заметила мир образца Юпитер возле Гамма Цефея. Но ее орбитальный путь был намного меньше, чем у Юпитера, и ученые не претендовали на исследование находки.

Бум на данные

Первые открытые экзопланеты представляли собою газовых гигантов (как Юпитер). Тогда ученые использовали методику лучевых скоростей. Она вычисляла уровень «раскачивания» звезды. Этот эффект создавался, если рядом с ней были планеты. Крупные экземпляры имеют большую массивность, а потому их присутствие обнаружить проще.

Перед тем как вступить в активное исследование экзопланет, земные инструменты умели измерять движение звезд до км/с. Это слишком слабо, чтобы уловить колебание, вызванное планетой. Сейчас существует более тысячи найденных миров, обнаруженных космическим телескопом Кеплер. Оказался на орбите в 2009 году и охотился 4 года. Он вышел на новую методику – «транзит». То есть, измеряет уровень уменьшения яркости звезды в момент, когда перед ней появляется планета и затеняет. Ниже показана схема, где сопоставляются методы поиска и количество открытых экзопланет.

Количество экзопланет, открытых разными способами


Количество экзопланет, открытых разными способами

Кеплер показал, что существует множество различных объектов и предоставил богатый список экзопланет. Были не только подобные Юпитеру, но и миры земного типа. Отсюда появилось новое направление поиска – «суперземли» (по размеру колеблются от Земли к Нептуну).

В 2014 году появилась еще одна техника – «тест на множественность», способный ускорять процесс подтверждения кандидатуры в экзопланету. Базируется на орбитальной устойчивости. Большинство звездных транзитов связаны с наличием на орбите малых планет. Но многократно затмевающие звезды могли имитировать этот эффект и выгонять друг друга гравитацией из системы.

Земные приборы активно работают над поиском. У нас есть MOST и TESS НАСА, CHEOPS (Швейцария) и спектрограф HARPS. Не стоит забывать о телескопе Спитцер. Он идеален тем, что настроен на инфракрасный диапазон и способен вычислять экзопланеты по температуре и даже характеризовать атмосферные показатели. Ниже представлен список экзопланет, пригодных для жизни.

Известные экзопланеты

Мы располагаем двумя тысячами планет за пределами Солнечной системы, поэтому сложно выбрать несколько примеров. Конечно, выделяются небольшие и расположенные в зоне обитания. Но стоит вспомнить еще 5 объектов, способствующих нашему пониманию эволюционного планетарного пути.


— 51 Пегаса b – первая найденная планета, обладающая половиной массы Юпитера. Ее орбитальный путь приравнивается к маршруту Меркурия. Удаленность от звезды мала, поэтому находится в заблокированном состоянии (одна сторона всегда повернута к звезде).

— 55 Рака e – суперземля возле звезды, чья яркость позволяет наблюдать ее невооруженным глазом. Это очень хорошо, так как дает ученым возможность исследовать детали чужой системы. На один орбитальный проход уходит 17 часов и 41 минута. Объект может обладать алмазным ядром и большим количеством углерода.

— WASP-33b – интересная планета с заметной защитной оболочкой. Речь идет о стратосфере, впитывающей видимое и ультрафиолетовое свечение звезды. Ее нашли в 2011 году. Орбитальное движение противоположно звездному, что создает ощутимые вибрации.

— HD 209458 b – первая, которую удалось найти при помощи звездного транзита в 1999 году. Она также стала первой, у которой выявили атмосферную характеристику вместе с температурными показателями и отсутствием облачных формирований.

— HD 80606 b – считалась самой необычной планетой из-за странностей в орбите (будто проход кометы Галлея вокруг нашей звезды). Скорее всего, на это влияет еще одна звезда. Нашли в 2001 году. Изучите список экзопланет земного типа с указанием звезды-хозяина и расстояния от Солнца.

Как искать экзопланеты?


Как удается найти мир, по размеру напоминающий нашу планету, если он скрывается за десятками световых лет? И насколько сложно отыскать экзопланету земного типа с потенциалом для жизни? Вся грандиозность поставленной проблемы становится понятнее, если вспомнить, что крупные звезды кажутся всего лишь небольшими яркими точками. Некоторые даже в мощные телескопы не удается разглядеть.

Планеты достигают лишь небольшой части от звездной массы. Из-за этого ядерный синтез не активируется. В таком случае миры очень крошечные и темные, что еще больше усложняет работу исследователей. Приплюсуйте к этому и тот момент, что планеты обнаруживаются рядом с яркими звездами, часто закрывающие их своим свечением.

Но для ученых нет ничего невозможного и они всегда находят обходные пути. Если планету нельзя увидеть в прямое наблюдение, то остаются приметные звезды, которые влияют на орбитальный путь планеты. В начале 20-го века астрономы выявили конкретные критерии поиска, но только в последнее время телескопы достигли нужной чувствительности, чтобы применить их на практике и не ошибаться. Какие же есть методы? Перечислим их:

  1. Радиальная скорость
  2. Транзитная фотометрия
  3. Микролинзирование
  4. Астрометрия
  5. Прямое наблюдение

С развитием техники ученым удается открывать все больше экзопланет, чье количество начинает исчисляться уже тысячами. Именно поэтому важно уметь группировать объекты, чтобы разбираться в характеристиках. Но у нас до сих пор мало информации о далеких планетах, поэтому само определение остается неточным.

Что собою представляет планета?

Давайте разберемся в том, что такое планета. В 2006 году вышел документ Международного астрономического союза (МАС), в котором говорилось, что объект для планетарного статуса должен соответствовать нескольким критериям:

  • совершает обороты вокруг Солнца;
  • обладает необходимой массой, чтобы закрепить круглую форму;
  • устранил мусор и чужеродные объекты с орбиты;

Эти условия появились только после того, как Майк Браун обратил внимание на несколько миров на окраине Солнечной системы. По размеру они напоминали Плутон. Пришлось пересмотреть определение и Плутон автоматически перенесли в категорию карликовых планет.

Важно отметить, что это решение не восприняли с энтузиазмом и одобрением. За Плутон заступались не только ученые, но и простые люди. Особенно сильно протестовал Алан Стерн. Он был главным исследователем миссии «Новые горизонты», посетившей Плутон в 2015 году. Он много раз заявлял, что «устранить чужеродные объекты» – слишком расплывчатое требование. Ведь на Земной орбите есть астероиды. Да и фото продемонстрировали сложный и интересный мир, на котором видны горы, замороженные озера и прочие планетарные атрибуты.


Но в МАС отказались что-то менять и сказали, что карликовые планеты представляют такой же научный интерес. Они также упомянули такие крупные тела, как Харон и Тритон, на которых заметно много интересных особенностей.

В 2017 году Стерн и несколько других ученых предложили более усовершенствованное определение: «Планета – субзвездный массивный объект, лишенный ядерного синтеза и обладающий достаточной собственной гравитацией, чтобы сформировать сфероид».

Первую экзопланету заметили в 1992 году недалеко от PSR B1257+12 (пульсар). А вот планету у звезды главной последовательности (51 Пегаса b) обнаружили в 1995 году. С того момента телескопу Кеплер удалось отыскать тысячи «земных» планет и проживающих в зоне обитаемости (есть необходимые условия для того, чтобы вода сохранялась в виде жидкости).

Но он также выявил широкое разнообразие планет. Например, были распространены горячие юпитеры. Некоторые были невероятно древние. Достаточно вспомнить PSR 1620-26 b, которая уступает по возрасту Вселенной всего на миллиард лет. Есть те, кому не повезло проживать чересчур близко к звезде, и их атмосфера напоминает ад на Венере. Были найдены экземпляры, которым удается совершать обороты вокруг двух или даже трех звезд сразу.


Конечно, становится понятно, что при таком планетарном разнообразии очень сложно следовать единой системе классификации. Прежде всего исследователи учитывают предрасположенность к наличию жизни. Такие числятся в списке обитаемых экзопланет.

Вот только для этого нужно знать два параметра: массу и орбиту. К сожалению, современная техника все еще не обладает необходимой мощностью, чтобы изучать чужие атмосферы, если только объект не расположен близко и недостаточно крупный. Но все может измениться с появлением в 2018 году телескопа Джеймс Уэбб.

Классификация

Какие существуют типы экзопланет и что собою представляет классификация? Наверное, самая популярная та, которой пользовались в «Звездном Пути»: населенная планета – класс М. Следуя этой схеме, имеем:

  • D – планетоид или спутник, лишенный атмосферы.
  • H – непригодная для жизни.
  • J – газовый гигант.
  • К – есть жизнь или используются купольные камеры.
  • L – есть растительность, но нет животных.
  • M – наземная.
  • N – серная.
  • R – изгой.
  • T – газовый гигант.
  • Y – токсичная атмосфера и высокий температурный показатель.

Если взять научные схемы, то для распределения используют массу или разнообразие элементов. Массу получают на основе наблюдений в телескоп. Ее вычисляют по лучевой скорости, улавливаемой спектрографами. В таком случае, классификация выглядит так:

  • астероид: меньше 0.00001 земной массы.
  • меркурианский тип: от 0.00001 до 0.1 земной массы.

  • субтерран: 0.1-0.5 земной массы.
  • терран (земли): 0.5-2 земных масс.
  • супертерран: 2-10 земных масс.

  • Нептун: 10-50 земных масс.
  • Юпитер: 50-5000 земных масс.

Источник: v-kosmose.com

Экзопланета


Новая планета пополнила список открытых "Кеплером" экзопланет – небесных тел, вращающихся, как и Земля, вокруг своего солнца.

В данный момент внимание ученых приковано примерно к 500 предполагаемым планетам, расположенным у далеких звезд.

Они входят в число 4175 кандидатов в планеты, идентифицированных при помощи этого телескопа без учета нынешней находки. До сих пор большинство из этих кандидатов впоследствии получали статус доказанных экзопланет.

Правообладатель иллюстрацииTHINKSTOCKImage captionУченые нашли в космосе тысячи экзопланет, но добраться до них не так-то просто

Небольшая часть из этих планет размерами не слишком превосходит Землю и располагается в пределах так называемой "обитаемой зоны" в окрестностях своей звезды, схожей по строению с Солнцем, — то есть там, где в принципе может находиться вода в жидком состоянии, что считается обязательным условием поддержания жизни.

На данный момент в разных звездных системах найдено 12 планет, предположительно отвечающих этим требованиям. Kepler-452b — первая планета "обитаемого" типа, чье существование считается доказанным.

Ответ на вопрос о том, какая из этих планет более других похожа на Землю, во многом зависит от того, какие характеристики в первую очередь принимать во внимание.

Правообладатель иллюстрацииNASAImage captionВ воображении художника Kepler-452b выглядит примерно так

Планета Kepler-186f, открытая в 2014 году, меньше, чем Kepler-452b, но вращается она вокруг "красного карлика" – звезды, которая гораздо более тусклая и прохладная, чем Солнце.

Kepler-452b вращается вокруг звезды, относящейся к тому же классу, что и Солнце. Эта звезда лишь на 4% массивнее и на 10% ярче Солнца. "Кеплер-452Б" облетает вокруг нее за 385 дней, так что ее "год" или, точнее, орбитальный период дольше земного лишь на 5%.

Массу планеты Kepler-452b пока что измерить невозможно, поэтому астрономам приходится полагаться на компьютерное моделирование, чтобы оценить различные варианты ее примерной массы. Наиболее вероятно, что масса "Кеплер-452b" примерно в пять раз больше земной.

Если ее поверхность скалистая, на планете должна продолжаться активная вулканическая деятельность, а сила притяжения на ней должна быть примерно в два раза больше, чем на Земле.

Звезда, вокруг которой вращается Kepler-452b, на 1,5 млрд лет старше Солнца. Ученые считают, что она может подсказать, что ждет Землю в будущем.

Возраст самой планеты оценивается в 6 млрд лет, то есть она — если эти данные верны — тоже на 1,5 млрд лет старше Земли.

Правообладатель иллюстрацииTHINKSTOCKImage captionДалеко не все экзопланеты, даже "земного" типа могут оказаться пригодными для жизни

"Если Kepler-452b на самом деле имеет скалистую поверхность, ее расположение относительно звезды означает, что она вступила в парниковую фазу своей климатической истории", — говорит ученый Дуг Колдуэлл, работающей в программе "Кеплер".

"Усиливающийся выброс энергии этого стареющего солнца может нагревать поверхность и испарять любые океаны. Вода может испариться, и планета может ее потерять навсегда, — говорит Колдуэлл. — Kepler-452b может переживать сейчас то, что Земле предстоит пережить более чем через миллиард лет, когда Солнце постареет и станет ярче".

Суперземля

Ученый Университета Уорвика Дон Поллакко, не участвующий в этом проекте, сказал Би-би-си, что данные собранные телескопом "Кеплер", позволяют оценочно прикинуть размер планеты относительно звезды, вокруг которой она вращается.

В действительности они понятия не имеют, из чего сделана эта планета. Это может быть камень, а может небольшой газовый шар или, может быть, что-нибудь более экзотическоеДон Поллакко

"Если вы знаете размер звезды, вы знаете размер планеты, — утверждает ученый. – Но, чтобы пойти дальше, например, узнать, скалистая ли у нее поверхность, нужно измерить массу планеты, а это намного сложнее сделать, так как они слишком далеко, чтобы провести такие измерения".

"Так что в действительности они понятия не имеют, из чего сделана эта планета. Это может быть камень, а может небольшой газовый шар или, может быть, что-нибудь более экзотическое", — говорит Дон Поллакко.

"Другие планеты "Кеплера", находящиеся в "зоне жизни", может быть, еще больше похожи на Землю. Например, Kepler–186f диаметром примерно в 1,17 больше Земли, а диаметр Kepler-438b составляет примерно 1,12 от земного", — указывает ученый.

Правообладатель иллюстрацииTHINKSTOCKImage captionПока что Земля остается единственным объектом во Вселенной, о котором мы можем с уверенностью сказать, что здесь можно жить

"На самом деле, при диаметре 1,6 земного Kepler-452b попадает в категорию, называемую "Суперземля". В нашей Солнечной системе нет ни одной планеты такого типа. По этой причине суперземли очень интересны, но можно ли сказать, что они похожи на Землю?" — задается вопросом доктор Крис Уотсон из Королевского университета Белфаста.

"Если мы посмотрим на тип звезды, вокруг которой вращается Kepler-452b, становится ясно, что эта звезда похожа на Солнце, — утверждает Крис Уотсон. — Другие планеты "Кеплера", обнаруженные в "зонах жизни", вращаются вокруг "красных карликов" – звезд, гораздо менее горячих, чем Солнце. Поэтому планеты должны вращаться намного ближе к ним, чтобы получать такой же уровень тепла.

"Так что потенциально это может быть скалистая Суперземля на орбите, похожей на земную. Именно эта комбинация звезды и орбиты выделяет эту планету, на мой взгляд", — сказал ученый в интервью Би-би-си.

Источник: zen.yandex.ru

Джантин Лунсхов — специалист по этике, которая работает с биологами при Гарвардском университете в Виссе, чтобы помочь составить программу исследований по органоидам.

Brainstorm Project, безусловно, не является немедленной попыткой создать набор руководящих принципов исследования органоидов. «Для этого еще рано», — утверждает Инсу Хен, профессор биоэтики. Прямо сейчас, «на самом деле никто не готов сказать:»Вот та самая граница, которую никто не должен пересекать»». Хотя он действительно хочет использовать сегодняшние обсуждения для создания будущих правил исследований, сейчас речь идет о «…необходимости развития этики и науки вместе. Этики не должны слепо контролировать науку, но могут быть вовлечены на раннем этапе, чтобы помочь сформировать направление исследований социально ответственным образом».

Хотя обсуждения появления органоидного сознания, ощущения боли, самопознания и других тревожных вещей неизбежно встречается на собраниях Brainstorm Project, это не является их главной задачей — все эти события все еще слишком далеки. Вместо этого Лунсхоф, Хен и их коллеги пытаются найти неотложные этические проблемы, которые требуют решения уже сейчас. Обсуждение сознания имеет решающее значение, «но концентрация внимания только на этой проблеме отвлекает нас намного более существенных, важных и удивительных вещей», — сказал Хен.

Сопоставление с мозгом

В приоритете для Хен стоит задача убедиться, что дела на самом деле обстоят так, как утверждает наука. Многие из затронутых вопросов, возможно, не относятся к этике напрямую, но определение практической эффективности этих подходов имеет важное значение для этической стороны исследований. Если они не приносят пользы, то любой вред от них становится неприемлемым. Действительно ли органоиды моделируют то, что утверждают ученые? Как наиболее приемлемо создавать и использовать их? Можно ли основывать лечение пациентов на исследованиях, проводимых в органоидных системах или использовать органоиды для диагностики?

По мере продвижения исследований будет важно определить различия между органоидами мозга и реальным мозгом, помимо разницы в размерах и количестве нейронных связей. «Мы знаем, что эти [органоидные] нейроны функционируют. И уверены, что они связаны», — говорит Бруна Полсен, научный сотрудник лаборатории известного исследователя органоидов Паолы Арлотты в Гарварде. «Но что это на самом деле означает для нас?»

«Мы не до конца понимаем, какие типы основной электрической активности характерны мозгоподобным системам» — говорит Чен. Например, Муотри и несколько его коллег недавно вызвали настоящий переполох, когда они сообщили, что записали электрические сигналы, напоминающие мозговые волны новорожденного ребенка в органоиде коры больших полушарий. Но не все учёные с такой интерпретацией результатов: они утверждают, в что электрическая активность человеческого мозга зависит от анатомических структур и типов клеток, которых не может быть у органоидов. Пока этому не найдется логичное объяснение, подобные выводу будут вводить в заблуждение научное сообщество. Муотри, со своей стороны, подчеркивает важность этих споров, чтобы указать на необходимость обсуждения и объединения с экспертами по человеческому развитию, сознанию и другим областям, с которыми исследователи стволовых клеток могут быть не знакомы.

Также обсуждаются вопросы о том, как долго стоит поддерживать жизнедеятельность органоидных систем, где компромисс между созданием сложных органоидов и простотой управления, и как публично говорить об исследованиях. Лунсхоф и Грили отметили, что популярное описание органоидов мозга как «мини-мозг», хотя многим оно и нравилось, вызывает излишнюю тревогу.

То, как исследователи берут разрешение на использование биоматериала в органоидных экспериментах, также находится под пристальным контролем. Биологи и этики обсуждают, следует ли говорить участникам исследований о том, что частички их кожи могут стать плюрипотентными стволовыми клетками и будут использованы для создания некого подобия головного мозга, и если да, то сколько информации следует и нужно раскрыть. В свете своих недавних открытий Муотри пересмотрел форму информированного согласия для доноров материала и включил в нее обсуждения органоидов мозга и их способность генерировать некоторые типы электрических волн. «После этого я впервые увидел семью, которая решила не участвовать в исследовании. Не всем захочется жертвовать свои клетки, зная, к чему это потенциально может привести».

Сознание под сомнением

Несмотря на то что мы не ждём значительного прорыва в ближайшем будущем, Муотри не ждет, когда органоиды станут более сложными, чтобы приступить к амбициозным исследовательским вопросам. Работа, которую он планирует, может помочь составить карту биологической и этической среды для будущих исследований органоидов. В частности, Муотри хочет отслеживать ЭЭГ органоидов с помощью новых экспериментов, разработанных специально для поиска следов потенциального сознания.

Большинство предложенных вариантов таких исследований представляли собой аналоги тестов для пациентов-людей. Например, некоторые ученые предложили использовать алгоритмы, разработанные для оценки мозговых волн пациентов с комой, на наличие признаков осознания и настроить их для применения при изучении активности органоидов.

Пока что нельзя сказать, дадут ли что-то подобные эксперименты. Активность органоидов минимальна, поэтому пока не так много идей для исследований. Поскольку такие измерения никогда не проводились до этого, и пока мы не можем сравнить разные результаты для клеточных систем в чашке или клеток животных.

Чем больше вы принимаете участия в этих исследованиях, тем больше у вас вопросов и тем меньше уверенности в ответах

Jeantine Lunshof, Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering

Тем не менее, по словам Чена, исследования в этой области сместились с изучения клеточного состава, экспрессии генов и условий для их выращивания и развития, к пониманию их электрической активности. «Единственное, что мы сейчас можем, — это просто измерить их электрическую активность и посмотреть, что мы видим», — сказал он. «Я думаю, что в течение следующих пяти лет мы увидим гораздо больше работ, посвященных характеристике этой электрической активности».

Муотри намерен стать одним из основных участников этого исследования. Один эксперимент, который он хочет провести, включает анестезию органоида и тест его реакции: если определенные электрические сигналы исчезают из записей под наркозом, но появляются вновь после выхода из него, можно сделать интересные выводы (хотя Муотри осторожно отмечает, что это не означает значительное доказательство сознательности, а скорее только первый шаг к подобным выводам). Он также планирует подавать больше сенсорной информации в органоиды, создав нейроны с рецепторами боли, и проверить, реагируют ли эти нейроны на стимуляцию. «Мы не на 100 процентов уверены, что это правильный путь», — признается исследователь. Но это «может предложить что-то новое» или указать полезное направление.

Сейчас он работает над «картой, которая скажет нам, где сейчас находятся органоиды на своём пути к сознанию». На данный момент это набор вопросов «да» или «нет», которые могут помочь исследователям отслеживать, как далеко они продвинулись в своей работе: есть ли у органоида кора головного мозга? Генерирует ли эта кора сигналы, похожие на мозговые волны? Какие есть структуры помимо коры и как они связаны? Может ли органоид контролировать часть тела? Может ли он проводить информацию?

Найти границу между этически неприемлемым и недопустимым на такой «дорожной карте» «гораздо сложнее, чем может показаться», считает Лунсхоф. «Чем больше вы принимаете участия в этих исследованиях, тем больше у вас вопросов и тем меньше уверенности в ответах». Но она надеется на будущий успех совместных усилий ученых и специалистов по этике. «Чтобы применить эти результаты на практике, я потратила 15 лет. И да, это работает».

Наши переводы и статьи на пикабу и VK | Telegram | Яндекс.Дзен | [email protected]

Источник: pikabu.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.