Γιατί οι εξωπλανήτες της «υπερ-Γης» είναι μια επιστημονική καταστροφή
Ήρθε η ώρα να αποκαλυφθεί μια επιστημονική καταστροφή: ο μύθος του υπερ-κατοικήσιμου πλανήτη της υπερ-Γης.
Μια σύγκριση της Γης, στα δεξιά, με έναν θεωρητικό υπερ-κατοικήσιμο πλανήτη, στα αριστερά. Θεωρητικά, οι πλανήτες που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από αστέρια μικρότερης μάζας από τον Ήλιο μας, με ελαφρώς μεγαλύτερες ακτίνες και μάζες από τον πλανήτη μας, και πιο κοντά στα κέντρα των λεγόμενων κατοικήσιμων ζωνών τους μπορεί να είναι πιο πιθανό να επιβιώσουν και να ευδοκιμήσουν και να φιλοξενήσουν μεγαλύτερη βιοποικιλότητα από τη Γη. Χωρίς στοιχεία, αυτή η ιδέα ισοδυναμεί με κάτι περισσότερο από εικασίες.
Κάποιοι αποκαλούν τις υπερ-Γη τους πιο συνηθισμένους και πιο κατοικήσιμους από όλους τους εξωπλανήτες.
Όταν λάβουμε υπόψη και τους σχεδόν 5000 εξωπλανήτες που ήταν γνωστοί στις αρχές του 2022, μπορούμε να δούμε ότι ο μεγαλύτερος αριθμός πλανητών μπορεί να βρεθεί μεταξύ των μεγεθών της Γης (στο -1,0 στον άξονα x) και του Ποσειδώνα (στο -0,5 στον άξονα x). Ωστόσο, αυτό δεν σημαίνει ότι αυτοί οι κόσμοι είναι οι πιο άφθονοι, ούτε ότι είναι ακόμη, όπως τους αποκαλούμε εδώ και καιρό, νόμιμους κόσμους «υπερ-Γης».
Είναι αλήθεια ότι έχουμε βρει περισσότερους εξωπλανήτες υπερ-Γης από οποιονδήποτε άλλο τύπο.
Οι περισσότεροι από 5.000 εξωπλανήτες που έχουν επιβεβαιωθεί στον γαλαξία μας μέχρι στιγμής περιλαμβάνουν μια ποικιλία τύπων – μερικοί που είναι παρόμοιοι με πλανήτες του Ηλιακού μας Συστήματος, άλλοι πολύ διαφορετικοί. Μεταξύ αυτών είναι μια ποικιλία που μας λείπει από το Ηλιακό μας Σύστημα που σε μεγάλο βαθμό ονομάζονται λάθος «υπερ-Γη» επειδή είναι μεγαλύτερες από τον κόσμο μας. Ωστόσο, όλοι εκτός από τους θερμότερους πλανήτες που είναι περισσότερο από περίπου ~ 130% της ακτίνας της Γης θα είναι πιθανότατα μίνι-Ποσειδώνες, όχι υπερ-Γαίες, και η πιθανή κατοικιμότητά τους παραμένει αμφίβολη, παρά τους αντίθετους ισχυρισμούς μερικών φωνητικών επιστημόνων εξωπλανητών.
Είναι επίσης αλήθεια ότι, αν είναι βραχώδεις, έχουν μεγαλύτερη επιφάνεια και οργανικά συστατικά από τους κόσμους στο μέγεθος της Γης.
Ο πιο κοινός κόσμος «μεγέθους» στον γαλαξία είναι μια υπερ-Γη, μεταξύ 2 και 10 μαζών της Γης, όπως το Kepler 452b, που απεικονίζεται στα δεξιά. Αλλά η απεικόνιση αυτού του κόσμου ως «όμοιο με τη Γη» με οποιονδήποτε τρόπο μπορεί να είναι λανθασμένη, καθώς είναι πιο πιθανό είτε να έχει ένα μεγάλο, πτητικό περίβλημα αερίου, που τον κάνει έναν μίνι Ποσειδώνα, είτε να είναι ένας καυτός, απογυμνωμένος πλανητικός πυρήνας: σαν μια κλιμακωμένη έκδοση του Ερμή.
Αλλά αυτό δεν μεταφράζεται σε «υπερ-Γη» που είναι πιο άφθονες ή πιο κατοικήσιμες.
Η μέθοδος μάζας, περιόδου και ανακάλυψης/μέτρησης που χρησιμοποιήθηκε για τον προσδιορισμό των ιδιοτήτων των πρώτων 5000+ (τεχνικά, 5005) εξωπλανητών που ανακαλύφθηκαν ποτέ. Αν και υπάρχουν πλανήτες όλων των μεγεθών και περιόδων, προς το παρόν είμαστε προκατειλημμένοι προς μεγαλύτερους, βαρύτερους πλανήτες που περιφέρονται γύρω από μικρότερα αστέρια σε μικρότερες τροχιακές αποστάσεις. Οι εξωτερικοί πλανήτες στα περισσότερα αστρικά συστήματα παραμένουν σε μεγάλο βαθμό άγνωστοι, αλλά αυτοί που έχουν ανακαλυφθεί, σε μεγάλο βαθμό μέσω άμεσης απεικόνισης, είναι δύσκολο να εξηγηθεί ο τρόπος με τον οποίο πιστεύουμε ότι σχηματίζονται οι περισσότεροι εξωπλανήτες: μέσω του σεναρίου προσαύξησης του πυρήνα.
Έχουμε δύο βασικές μεθόδους για την εύρεση εξωπλανητών.
Η ιδέα της μεθόδου της ακτινικής ταχύτητας είναι ότι εάν ένα αστέρι έχει έναν αόρατο, τεράστιο σύντροφο, είτε εξωπλανήτη είτε μαύρη τρύπα, η παρατήρηση της κίνησης και της θέσης του με την πάροδο του χρόνου, εάν είναι δυνατόν, θα πρέπει να αποκαλύψει τον σύντροφο και τις ιδιότητές του. Αυτό παραμένει αληθινό, ακόμα κι αν δεν εκπέμπεται ανιχνεύσιμο φως από το ίδιο το σύντροφο.
Η μέθοδος της ακτινικής ταχύτητας αποκαλύπτει πιο εύκολα τεράστια, στενά σε τροχιά συστήματα.
Όταν οι πλανήτες περνούν μπροστά από το μητρικό τους αστέρι, μπλοκάρουν ένα μέρος του φωτός του άστρου: ένα γεγονός διέλευσης. Μετρώντας το μέγεθος και την περιοδικότητα των διελεύσεων, μπορούμε να συμπεράνουμε τις τροχιακές παραμέτρους και τα φυσικά μεγέθη των εξωπλανητών. Ωστόσο, από μία μόνο υποψήφια διέλευση, είναι δύσκολο να εξαχθούν τέτοια συμπεράσματα με σιγουριά. Όταν ο χρόνος διέλευσης ποικίλλει και ακολουθείται (ή προηγείται) από μια διέλευση μικρότερου μεγέθους, μπορεί επίσης να υποδηλώνει εξωσελήνη, όπως στο σύστημα Kepler-1625.
Η μέθοδος διέλευσης έχει ακριβώς την ίδια προκατάληψη.
Η ανακάλυψη των πρώτων 5000 εξωπλανητών, όπως καταγράφηκαν ανά έτος και με μέθοδο. Για τα πρώτα ~ 15 χρόνια περίπου, η μέθοδος της ακτινικής ταχύτητας ήταν η κυρίαρχη μέθοδος ανακάλυψης, η οποία αργότερα αντικαταστάθηκε από τη μέθοδο διέλευσης που ξεκίνησε με την πλέον ανενεργή αποστολή Κέπλερ της NASA. Στο μέλλον, ο μικροφακός μπορεί να τα ξεπεράσει όλα, καθώς ο μικροφακός θα είναι ευαίσθητος σε εξωπλανήτες χαμηλής μάζας (δηλαδή, γήινης μάζας και κάτω) με τρόπο που οι δύο προηγούμενες κύριες μέθοδοι δεν ήταν με τα τρέχοντα όργανα. Αυτοί οι επιβεβαιωμένοι πλανήτες αντιπροσωπεύουν μόνο ένα κλάσμα του συνόλου των υποψηφίων πλανητών.
Καμία μέθοδος δεν είναι βελτιστοποιημένη για την εύρεση κόσμων στο μέγεθος της Γης ή μικρότερου μεγέθους.
Όταν συμβαίνει ένα συμβάν βαρυτικού μικροφακού, το φως του φόντου από ένα αστέρι-ή-γαλαξία παραμορφώνεται και μεγεθύνεται καθώς μια ενδιάμεση μάζα ταξιδεύει κατά μήκος ή κοντά στη γραμμή όρασης προς το αστέρι. Η επίδραση της ενδιάμεσης βαρύτητας κάμπτει τον χώρο μεταξύ του φωτός και των ματιών μας, δημιουργώντας ένα συγκεκριμένο σήμα που αποκαλύπτει τη μάζα και την ταχύτητα του εν λόγω αντικειμένου. Με αρκετές τεχνολογικές προόδους, θα μπορούσε να μετρηθεί ο μικροφακός από απατεώνες υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες.
Η έλλειψη μικρών εξωπλανητών οφείλεται στην ευαισθησία ανίχνευσης, όχι σε εγγενείς πληθυσμούς.
Αν και είναι γνωστοί περισσότεροι από 5.000 επιβεβαιωμένοι εξωπλανήτες, με περισσότερους από τους μισούς από αυτούς να έχουν αποκαλυφθεί από τον Κέπλερ, δεν υπάρχουν αληθινά ανάλογα των πλανητών που βρέθηκαν στο Ηλιακό μας Σύστημα. Τα ανάλογα του Δία, τα ανάλογα της Γης και τα ανάλογα του Ερμή παραμένουν όλα άπιαστα με την τρέχουσα τεχνολογία. Η συντριπτική πλειονότητα των πλανητών που βρέθηκαν μέσω της μεθόδου διέλευσης είναι κοντά στο μητρικό τους αστέρι, είναι ~10% της ακτίνας (ή, ισοδύναμα, ~1% της επιφάνειας) του μητρικού τους άστρου ή περισσότερο, και περιφέρονται σε τροχιά μικρής μάζας, μικρή – αστέρια μεγέθους.
Επιπλέον, σχεδόν όλες οι λεγόμενες υπερ-Γη δεν μοιάζουν καθόλου με τη Γη.
Οι οκτώ κόσμοι που μοιάζουν με τη Γη, όπως ανακαλύφθηκαν από την αποστολή Kepler της NASA: η πιο παραγωγική αποστολή εύρεσης πλανητών μέχρι σήμερα. Όλοι αυτοί οι πλανήτες περιφέρονται γύρω από αστέρια μικρότερα και λιγότερο φωτεινά από τον Ήλιο, και όλοι αυτοί οι πλανήτες είναι μεγαλύτεροι από τη Γη, με πολλούς από αυτούς πιθανότατα να διαθέτουν πτητικούς φακέλους αερίων. Παρόλο που μερικά από αυτά ονομάζονται υπερ-κατοικήσιμα στη βιβλιογραφία, δεν γνωρίζουμε ακόμη εάν κάποια από αυτά έχει, ή είχε ποτέ, ζωή πάνω τους, αλλά το σύνορο μεταξύ «βραχώδους» και «πλούσιου σε αέρια» εξακολουθεί να είναι υπό μελέτη, και οι περισσότεροι ή ακόμα και όλοι αυτοί οι επιλεγμένοι πλανήτες Kepler μπορεί να έχουν ακόμα περιβλήματα πτητικού αερίου γύρω τους.
Η πλειοψηφία είναι σαν τον Ποσειδώνα, με μεγάλα, πτητικά περιβλήματα αερίου.
Όταν ταξινομούμε τους γνωστούς εξωπλανήτες κατά μάζα και ακτίνα μαζί, τα δεδομένα δείχνουν ότι υπάρχουν μόνο τρεις κατηγορίες πλανητών: επίγειοι/βραχώδεις, με πτητικό περίβλημα αερίου αλλά χωρίς αυτοσυμπίεση, και με πτητικό περίβλημα και επίσης με αυτο-συμπίεση. συμπίεση. Οτιδήποτε παραπάνω γίνεται πρώτα καφέ νάνος και μετά αστέρι. Το πλανητικό μέγεθος κορυφώνεται σε μια μάζα μεταξύ του Κρόνου και του Δία, αν και υπάρχουν μερικοί «φουσκωμένοι» υπερ-Δίας, με μια πιθανή ασυνήθιστα ελαφριά σύνθεση.
Με συντριπτικά πυκνές ατμόσφαιρες, οι προοπτικές για κατοικησιμότητα είναι αμυδρά.
Όταν ένας εξωπλανήτης περνά μπροστά από το μητρικό του αστέρι, ένα μέρος αυτού του αστρικού φωτός θα φιλτράρει μέσα από την ατμόσφαιρα του εξωπλανήτη, επιτρέποντάς μας να διασπάσουμε αυτό το φως στα μήκη κύματος που τον αποτελούν και να χαρακτηρίσουμε την ατομική και μοριακή σύνθεση της ατμόσφαιρας. Εάν ο πλανήτης κατοικείται, μπορεί να αποκαλύψουμε μοναδικές βιουπογραφές, αλλά εάν ο πλανήτης έχει ένα παχύ, πλούσιο σε αέριο περίβλημα πτητικών γύρω του, οι προοπτικές κατοικιμότητας θα είναι πολύ χαμηλές. Σχεδόν όλοι οι λεγόμενοι κόσμοι της «υπερ-Γης» που έχουν μετρήσει το φάσμα διέλευσης τους έχουν αποκαλύψει αυτά τα χαρακτηριστικά πτητικά περιβλήματα, υποδηλώνοντας ότι είναι μίνι-Ποσειδώνες αντί για υπερ-Γη.
Επιπλέον, οι βραχώδεις υπερ-Γαίες είναι ύποπτα σαν τον Ερμή: ζεστές και κοντά στα αστέρια τους.
Η εικονογράφηση ενός καλλιτέχνη για έναν κόσμο που θα ταξινομηθεί ως μια βραχώδης υπερ-Γη. Εάν είστε αρκετά ζεστοί για να βράσουν από την ατμόσφαιρα ενός μεγάλου πλανήτη, μπορείτε να καταλήξετε σε μια βραχώδη υπερ-Γη: έναν απογυμνωμένο πλανητικό πυρήνα. Οι θερμοκρασίες θα είναι τόσο υψηλές που θα ψήσετε τον πλανήτη σας. Εάν είστε περισσότερο από περίπου 30% μεγαλύτεροι σε ακτίνα από τη Γη και δεν είστε πολύ κοντά στο μητρικό σας αστέρι, θα συλλέξετε ένα μεγάλο περίβλημα από πτητικά αέρια και θα μοιάζετε περισσότερο με τον Ποσειδώνα παρά με τη Γη.
Είναι πιθανότατα γυμνοί πλανητοί πυρήνες και, όπως ο Ερμής, μπορεί να υποστούν απογύμνωση του μανδύα.
Αυτή η αποκομμένη όψη των τεσσάρων επίγειων πλανητών συν το φεγγάρι της Γης δείχνει τα σχετικά μεγέθη των πυρήνων, των μανδύων και του φλοιού αυτών των πέντε κόσμων. Σημειώστε ότι ο Ερμής έχει έναν πυρήνα που αντιστοιχεί στο 85% του εσωτερικού του κατά ακτίνα. Το όριο πυρήνα/μανδύα της Αφροδίτης είναι εξαιρετικά αβέβαιο. και ότι ο ίδιος ο Ερμής είναι ο μόνος τέτοιος κόσμος που γνωρίζουμε χωρίς φλοιό. Ωστόσο, μόνο η Γη παρουσιάζει τεκτονικές πλακών. οι άλλοι τρεις βραχώδεις πλανήτες έχουν όλοι μόνο μεμονωμένες πλάκες από όσο γνωρίζουμε.
Όντας ~διπλάσια μάζα της Γης και ~1,3 φορές η ακτίνα της Γης είναι πιθανώς το μέγιστο μέγεθος ενός εξωπλανήτη που μοιάζει με τη Γη.
Η αποστολή CHEOPS ανακάλυψε τρεις πλανήτες γύρω από το αστέρι Nu2 Lupi. Ο πιο εσωτερικός πλανήτης είναι βραχώδης και περιέχει μόνο μια λεπτή ατμόσφαιρα, ενώ ο δεύτερος και ο τρίτος πλανήτες που ανακαλύφθηκαν έχουν μεγάλα, πλούσια σε πτητικά περιβλήματα. Αν και ορισμένοι εξακολουθούν να τους αποκαλούν υπερ-Γη, είναι πολύ ξεκάθαρο ότι όχι μόνο δεν είναι βραχώδεις, αλλά οι περισσότεροι από τους πλανήτες που ονομάζουμε υπερ-Γη δεν είναι καθόλου σαν τη Γη με κανένα νόημα.
Οι Tremendous-Earths ονομάζονται ακατάλληλα. Αυτοί οι μίνι Ποσειδώνες και οι απογυμνωμένοι πλανητοί πυρήνες είναι κάθε άλλο παρά φιλικοί προς τη ζωή.
Η αντίληψή μας για μια κατοικήσιμη ζώνη ορίζεται από την τάση ενός πλανήτη μεγέθους Γης με ατμόσφαιρα παρόμοια με τη Γη στη συγκεκριμένη απόσταση από το μητρικό του άστρο να έχει την ικανότητα για υγρό νερό, χωρίς κάλυμμα πάγου, στην επιφάνειά του. Αν και αυτό περιγράφει τις συνθήκες που διαθέτει η Γη, είναι άγνωστο εάν αυτό είναι μια απαίτηση, ή ακόμα και μια προτίμηση, της ζωής. Κανένας δεν είναι γνωστό ότι κατοικείται, αλλά λίγοι δημιουργούν δελεαστικές πιθανότητες: σε μεγάλο βαθμό μεταξύ των πλανητών στο μέγεθος της Γης, όχι στους πλανήτες στο μέγεθος της σούπερ Γης.
Ως επί το πλείστον, το Mute Monday αφηγείται μια αστρονομική ιστορία σε εικόνες, εικόνες και όχι περισσότερες από 200 λέξεις. Μίλα λιγότερο; Χαμογέλα περισσότερο.
