Kredit gambar: John Rowe
Pencarian planet seperti Bumi dimulakan dengan pencarian bintang seperti Matahari. Ahli astronomi Maggie Turnbull diminta untuk membuat senarai pendek tiga puluh bintang calon yang hampir sama dengan Matahari kita sendiri daripada jumlah senarai 2.350 bintang yang berada dalam jarak seratus tahun cahaya dari kita. Senarai pendek ini, termasuk 37 Permata akan digunakan oleh misi Terestrial Planet Finder, yang akan mencari planet yang dapat dihuni dengan mencari cahaya oksigen atau air yang dapat dilihat di planet seperti Bumi - tanda kehidupan yang pasti.
Bintang ketiga puluh tujuh paling barat di buruj, Gemini, adalah bintang kuning-oren seperti matahari kita sendiri. Bintang itu disebut 37 Geminorum, tetapi bagi astrofisikawan Margaret Turnbull, bintang itu istimewa kerana ia menawarkan kajian kes untuk mempertimbangkan apa yang mungkin memenuhi syarat sebagai calon yang baik untuk menyimpan planet yang dapat dihuni.
Dalam membina senarai bintangnya yang mungkin menyokong planet dengan air cair dan oksigen, dia harus mengecualikan cahaya matahari yang melampau: sama ada terlalu muda atau terlalu tua, yang berputar terlalu cepat, atau yang cukup berubah-ubah dalam kecerahan untuk menyebabkan kekacauan iklim pada mana-mana dunia berdekatan.
Pada jarak 56.3 tahun cahaya, Gem 37 bintang masih belum menunjukkan tanda-tanda mempunyai planet seperti itu, atau planet-planet lain - tetapi teleskop NASA dan Eropah masa depan ingin menargetkan bintang seperti 37 Permata kerana mereka mungkin berkongsi beberapa sifat yang sama yang menjadikan sistem suria kita sendiri dapat dihuni. Lebih daripada 100 planet ekstrasur telah dijumpai sejauh ini menggunakan teleskop darat, dan anggaran untuk jumlah planet seperti itu di galaksi kita dapat berjumlah dalam milyaran dunia calon.
Bekerja dari University of Arizona di Tucson, Maggie Turnbull diminta untuk membuat senarai pendek calon tiga puluh bintang yang paling menyerupai matahari lain yang mampu menyokong syarat kehidupan berkembang. Memulakan pencariannya di antara bintang yang berjarak kurang dari seratus tahun cahaya menghasilkan sekitar 2,350 bintang untuk dipertimbangkan lebih jauh.
Turnbull baru-baru ini menyampaikan hasilnya kepada sekumpulan saintis dari projek teleskop ruang angkasa NASA, Terrestrial Planet Finder (TPF), yang akan mencari planet yang dapat dihuni dengan menggunakan cahaya yang dapat dilihat dengan "tandatangan" air dan / atau oksigen dari Bumi- planet jenis. Selepas pelancaran yang dijadualkan TPF sekitar tahun 2013, akan mengikuti projek Darwin Eropah yang melibatkan enam teleskop angkasa.
Senarai bintang itu dikeluarkan dari senarai yang lebih besar (17.129 bintang dalam 450 tahun cahaya, atau 140 parsec), yang pertama kali diterbitkan oleh Turnbull dan penasihat Jill Tarter dari SETI Institute dalam Jurnal Astrophysical. Senarai ini dikenali sebagai Katalog Sistem Stellar Habitable Berdekatan (atau HabCat). Artikel mereka diterbitkan pada bulan Ogos, berjudul "Pemilihan Sasaran untuk SETI: I. Katalog Sistem Stellar Berdekatan Berdekatan", memperluas senarai calon sebelumnya hampir sepuluh kali ganda, atau jumlah pesanan.
Untuk menyokong kehidupan yang kompleks, bintang calon mestilah warna, kecerahan, dan usia yang tepat. Sekiranya ia adalah bintang pertengahan umur seperti kita, ia akan terbakar melalui unsur cahaya yang boleh dipadukan untuk menghasilkan logam yang lebih berat seperti besi, tetapi tidak begitu tua sehingga runtuh atau begitu muda sehingga kehidupan hanyalah prospek masa depan yang jauh. Berdasarkan serpihan yang kita ketahui tentang bagaimana kehidupan yang rumit muncul di Bumi, carian Turnbull bertujuan untuk mencari 'Goldilocks' bintang yang nampaknya 'tepat'.
Jadi mengapa 37 Permata?
37 Geminorum terletak di bahagian barat laut buruj Gemini, yang dinamai sempena Si Kembar. Bagi ahli astronomi amatur dengan teleskop halaman belakang yang baik, 37 Permata kelihatan. Dalam mitologi Yunani, kembar Gemini berlayar bersama Jason dalam mencari Golden Fleece; semasa ribut, si kembar membantu menyelamatkan kapal mereka ARGO dari karam, dan jadi buruj itu dihargai oleh pelaut.
Sebilangan besar bintang seperti Gem 37 dikelompokkan ke dalam sebilangan kecil kelas spektrum, berdasarkan kira-kira warna cahaya yang dipancarkannya. Disebut Henry Draper Catalog, kompendium bintang menyenaraikan kelas spektrum dalam tujuh kategori luas, dari bintang paling panas hingga paling sejuk. Jenis-jenis ini ditunjuk, dalam urutan penurunan suhu, dengan huruf O, B, A, F, G, K, dan M. Nomenklatur itu berakar pada idea-idea lama yang sudah usang mengenai evolusi bintang, tetapi terminologi tetap ada. Matahari kita, yang diklasifikasikan pada skala yang lebih baik sebagai kerdil 'G2V' biasa, berusia kira-kira 4.5 bilion tahun. Bintang calon, 37 Permata, juga berusia pertengahan, tetapi agak tua dengan satu miliar tahun, pada 5.5 bilion tahun.
Spektrum bintang jenis G seperti bintang kita (dan 37 Permata) dikuasai oleh unsur kimia tertentu, seperti yang ditunjukkan oleh garis spektrum ciri (atau pelepasan) mereka. Unsur-unsur yang paling diminati sekarang adalah logam, terutama bagi tanda tangan bintang yang kaya dengan besi, kalsium, natrium, magnesium, dan titanium. Dari segi astronomi, dibandingkan dengan klasifikasi matahari kita sebagai kerdil G2V biasa, 37 Permata mempunyai suhu permukaan yang sedikit lebih panas. Oleh itu, pilihan utama Turnbull – 37 Gem– dikatalogkan sebagai kerdil G0V-yang bermaksud ia juga bintang kerdil urutan utama kuning-oren. Kerana bintang G dicirikan oleh kehadiran garis-garis logam ini dan spektrum hidrogen yang lemah, mereka berkongsi usia, jisim, dan cahaya yang sama.
Jika tidak, 37 Permata dekat dengan kembar suria kita sendiri, atau sejenis Gemini yang serupa dengan Matahari: 1,1 kali jisim matahari kita, 1,03 kali diameternya, dan 1,25 kali cahaya.
Luminositi adalah "mungkin maklumat yang paling penting", kata Turnbull kepada Astrobiology Magazine, "kami gunakan dalam menentukan kebiasaan bintang berdekatan" untuk kehidupan yang kompleks, kerana cahaya menunjukkan tahap kehidupan bintang itu, dan pada gilirannya menentukan berapa lama bintang akan kekal stabil.
Majalah Astrobiologi berkesempatan untuk berbicara dengan Maggie Turnbull di Steward Observatory di Tucson mengenai bagaimana memilih calon bintang untuk kebiasaan.
Majalah Astrobiologi (AM): Tinjauan anda baru-baru ini mula melihat sekitar 100 tahun cahaya jauh dari Matahari kita, dan semua bintang masuk dari radius itu, betul? Itulah bidang visual untuk memulakan pencarian?
Margaret Turnbull (MT): Terdapat kira-kira 2.350 bintang Hipparcos dalam 30 parsec (90 cahaya
tahun), jarak maksimum untuk misi Terestrial Planet Finder (TPF). Terdapat kira-kira 5,000 bintang dalam jarak itu, tetapi kami hanya melihat bintang Hipparcos jadi senarai permulaan saya panjangnya 2.350 bintang.
PAGI: Pernahkah anda memegang teleskop halaman belakang untuk melihat 37 Permata?
MT: Ia pasti dapat dilihat dengan teleskop halaman belakang, tetapi tidak, saya tidak melihatnya dengan mata saya sendiri! Oleh kerana fotometri (mengukur kecerahannya) dan spektroskopi (mengukur komposisinya) yang saya perhatikan, saya merasa seperti saya "mengenalinya" tanpa pernah melihatnya.
Walau bagaimanapun, terdapat lebih banyak pemerhatian yang perlu dilakukan untuk 37 Permata. Sebagai contoh, kita perlu melakukan pengimejan inframerah resolusi tinggi bintang ini sebelum kita dapat mengatakan bahawa ia harus menjadi sasaran - jika kita mengetahui bahawa terdapat banyak puing-puing yang melayang, kita harus membuangnya dari senarai.
PAGI: Adakah bintang, 37 Permata, jauh berbeza dengan nombor dua dalam senarai tiga puluh calon terbaik?
MT: Sebenarnya, bintang "terbaik" sangat serupa antara satu sama lain, dan pada hakikatnya tidak masuk akal untuk mencuba peringkatnya. 37 Permata kebetulan adalah salah satu bintang paling dekat yang juga memenuhi kriteria kejuruteraan, jadi pada masa ini ia kelihatan seperti calon yang sangat baik untuk carian TPF.
PAGI: Kerana ingin tahu, bintang apa yang secara rasmi menjadi nombor dua dalam senarai?
MT: Apabila anda hanya akan melihat tiga puluh bintang, mereka semua lebih baik menjadi "nombor satu." Artinya, setiap bintang yang kita amati harus menjadi kepentingan utama misi, kerana kita tidak mempunyai masa untuk membuang. Kami masih dalam proses menentukan matlamat misi utama dengan tepat.
Sekiranya tujuannya adalah untuk melihat pelbagai jenis spektrum, maka bintang teratas mungkin termasuk bintang K atau M yang sangat dekat, tetapi jika tujuannya adalah untuk melihat 30 bintang yang paling mirip Matahari, maka bintang seperti 18 Sco (solar berkembar pada 14 parsec di Constellation Scorpius), beta CVn ("hound"), atau 51 Peg ("Pegasus", kuda terbang) akhirnya menjadi taruhan terbaik kami.
PAGI: Adakah satu atau dua data yang hilang yang akan membantu pengkelasan lebih baik pada calon bintang?
MT: Pada masa ini, pengimejan inframerah beresolusi tinggi adalah sekeping data yang hilang yang pasti kita perlukan. Kita perlu tahu apakah bintang-bintang ini mempunyai cakera serpihan berdebu yang akan menyukarkan pengesanan planet yang mengorbit di sana.
Matahari mempunyai sejumlah besar debu zodiak kerana Musytari sentiasa mengaduk tali pinggang asteroid dan ketika asteroid bertabrakan, mereka akan menambahkan habuk ke Sistem Suria.
Tahap debu yang serupa di sekitar bintang lain mungkin tidak akan merosakkan peluang kita untuk melihat planet, tetapi kita pasti ingin mengurangkannya.
PAGI: Apa rancangan masa depan anda untuk senarai bintang yang menyokong misi Terestrial Planet Finder dan Darwin?
MT: Saya belum mengemukakan senarai ‘final’ saya kepada kumpulan kerja sains TPF pada 18 dan 19 Nov di Balai Cerap Tentera Laut AS, semasa pertemuan dengan orang lain yang membuat senarai mereka sendiri.
Saya telah menyampaikan metodologi saya kepada kumpulan itu, tetapi sekarang kami akan bertemu dengan jurutera yang akan menjelaskan kepada kami tentang kekangan instrumen dan kami harus memperincikan senarai lebih lanjut untuk memenuhi kriteria mereka.
Kriteria mereka akan merangkumi perkara-perkara seperti: tidak boleh mempunyai bintang pendamping dalam beberapa saat jika rakannya tidak mementingkan kestabilan planet, kerana cahaya tambahan akan mencemari bidang pandangan; tidak dapat melihat bintang yang lebih lemah daripada skala 6; hanya dapat melihat bintang sekurang-kurangnya ~ 60 darjah dari Matahari sepanjang tahun, dll.
PAGI: Anda menerbitkan katalog pertama anda untuk bintang yang dapat dihuni pada bulan Ogos tahun ini, dan terdapat bahagian dua dari klasifikasi tersebut. Apa rancangan utama untuk Bahagian II HabCat?
MT: Jill Tarter dan saya baru-baru ini menyerahkan makalah kedua mengenai senarai sasaran SETI yang akan muncul dalam Astrophysical Journal Supplements pada bulan Disember. Makalah ini memberikan senarai kluster terbuka logam lama yang tinggi, 100 bintang terdekat tanpa mengira jenis bintang, dan kira-kira 250,000 bintang urutan utama dari Katalog Tycho, semuanya akan diperhatikan oleh Allen Telescope Array (ATA) setiap kali HabCat bintang tidak tersedia untuk kita perhatikan.
Rasuk ATA utama akan ditunjukkan oleh ahli astronomi radio, dan mereka akan membuat peta resolusi yang sangat tinggi dari sasaran mereka sendiri, sementara pada masa yang sama kita akan memerhatikan bintang HabCat (atau bintang dari senarai kami di Kertas 2) untuk SETI.
PAGI: Akhirnya, adakah misi, Kepler dan TPF, merancang jenis peningkatan yang akan menghasilkan pengesanan lebih banyak planet berukuran Bumi, bukan hanya raksasa gas, untuk bintang tertentu dalam tinjauan mereka?
MTYa. Kepler akan memberi kita petunjuk tentang bagaimana planet terestrial biasa dengan menonton ribuan bintang seperti matahari untuk "transit" - kejadian di mana planet ini benar-benar melintas di depan bintang itu mengorbit dan sementara menyekat sedikit cahaya bintang.
Terestrial Planet Finder akan menindaklanjutinya dengan benar-benar menggambarkan planet-planet yang mengorbit bintang-bintang terdekat, dan memberitahu kita sama ada planet-planet ini mempunyai atmosfera dengan mengambil spektrum.
Kita dapat mencari air, oksigen, dan karbon dioksida, dan sekiranya kita bernasib baik, kita mungkin akan melihat beberapa petunjuk hidup secara langsung dalam bentuk tanda tumbuh-tumbuhan atau ketidakseimbangan atmosfera yang kuat, seperti kehadiran oksigen dan metana serentak (kerana kepada kehadiran serentak tumbuhan dan bakteria metanogen di Bumi).
Apa yang akan datang
Segala misi untuk mengesan dan spektroskopi mencirikan planet terestrial di sekitar bintang lain mesti dirancang supaya dapat mengesan pelbagai jenis planet terestrial dengan hasil yang bermanfaat. Misi semacam itu kini sedang dikaji –Pencari Planet Terestrial (TPF), oleh NASA, dan Darwin oleh ESA, Agensi Angkasa Eropah. Matlamat utama TPF / Darwin adalah untuk memberikan data kepada ahli biologi dan ahli kimia atmosfera.
Konsep TPF / Darwin bergantung pada anggapan bahawa seseorang dapat menyaring planet ekstrasur untuk kebiasaan secara spektroskopi. Agar anggapan itu sah, kita mesti menjawab soalan berikut. Apa yang menjadikan planet ini dapat dihuni dan bagaimana mereka dapat dipelajari dari jarak jauh? Apakah pelbagai kesan yang mungkin diberikan oleh biota pada spektrum atmosfer planet? Apa positif yang mungkin kita harapkan? Apakah sejarah evolusi atmosfera? Dan, terutamanya, apakah petunjuk hidup yang kuat?
TPF / Darwin mesti meninjau bintang-bintang terdekat untuk sistem planet yang merangkumi planet berukuran daratan di zon yang dapat dihuni (planet "seperti Bumi"). Melalui spektroskopi, TPF / Darwin mesti menentukan sama ada planet ini mempunyai atmosfera dan menentukan sama ada planet tersebut dapat dihuni.
Misi Kepler juga dijadualkan dilancarkan ke orbit suria pada bulan Oktober 2006. Kepler dimaksudkan sebagai misi untuk menentukan frekuensi planet dalam berhampiran zon bintang yang dapat dihuni. Kepler secara serentak akan memerhatikan 100,000 bintang di "kawasan kejiranan" galaksi kita, mencari planet berukuran Bumi atau lebih besar di dalam "zon yang dapat dihuni" di sekitar setiap bintang - zon yang tidak terlalu panas, tidak terlalu sejuk di mana air cair mungkin ada di sebuah planet.
Untuk menyoroti kesukaran untuk mengesan planet berukuran Bumi yang mengorbit bintang jauh, penyiasat utama Kepler, William Borucki dari NASA Ames menunjukkan bahawa akan memerlukan 10,000 Bumi untuk menutup cakera Matahari. Satu perkiraan NASA mengatakan Kepler harus menemui 50 planet daratan jika sebahagian besar yang dijumpai berukuran seukuran Bumi, 185 planet jika kebanyakannya 30 peratus lebih besar dari Bumi dan 640 jika kebanyakannya berukuran 2.2 kali ukuran Bumi. Di samping itu, Kepler dijangka menemui hampir 900 planet raksasa dekat dengan bintang mereka dan sekitar 30 raksasa mengorbit pada jarak seperti Musytari dari bintang induk mereka.
Kerana kebanyakan planet raksasa gas yang dijumpai sejauh ini mengorbit jauh lebih dekat dengan bintang mereka daripada Musytari ke Matahari, Borucki percaya bahawa dalam misi empat hingga enam tahun, Kepler akan menemui sebilangan besar planet yang cukup dekat dengan bintang. Sekiranya itu terbukti benar, dia berkata, "Kami menjangkakan akan menemui ribuan planet."
Dengan menggunakan kaedah yang ada sekarang, para astronom pada masa ini akan merasa sangat sukar untuk mengesan planet berukuran Bumi di sekitar bintang 37 Permata. Analisis masa lalu bagaimanapun menolak beberapa pilihan. Sebagai contoh, planet raksasa seperti Musytari atau Saturnus kita sendiri tidak mengorbit sekitar 37 Permata. Kajian-kajian ini menunjukkan bahawa planet raksasa sepersepuluh hingga 10 kali jisim Musytari tidak wujud hampir dengan 37 Permata (dalam jarak 0.1 hingga empat unit astronomi, atau satu jarak bumi-matahari, AU, lihat juga Cummings et al, 1999) . Kerana cabaran untuk mencari planet redup dekat dengan bintang yang lebih terang, hampir semua planet ekstrasur yang dijumpai sejauh ini adalah seperti Musytari kita sendiri - besar-besaran, mungkin gas, dan tidak mungkin menampung keadaan hidup kerana jaraknya yang dekat dengan bintang induk .
Tetapi keadaan sekitar 37 Permata mungkin menyokong planet dalam yang lebih kecil seperti Venus atau Bumi. Tiada siapa yang tahu. Hanya tinjauan masa depan yang mempunyai instrumen yang mampu mencari planet seperti Bumi.
Model bintang seperti 37 Permata, bagaimanapun, menyokong kemungkinan adanya sekurang-kurangnya satu orbit stabil untuk planet seperti Bumi (dengan air cair) yang berpusat di sekitar satu jarak bumi-matahari (1.12 AU). Planet yang disangka sedemikian akan mengorbit antara jarak Bumi dan Marikh di Sistem Suria kita. Planet yang belum ditemui ini, jika dapat dikesan dalam kajian masa depan, akan memiliki tahun yang berlangsung lebih dari 450 hari, atau jangka masa orbit sekitar 1,3 tahun Bumi.
Oleh kerana kehidupan yang menghasilkan oksigen di Bumi memerlukan sekitar dua bilion tahun untuk ditahan, bintang-bintang yang jauh lebih muda daripada ini mungkin tidak mempunyai masa yang cukup untuk hidup untuk berkembang ke bentuk yang kompleks. Memandangkan miliaran tahun yang diperlukan untuk evolusi kehidupan di bumi, para saintis dapat mempertanyakan apakah hidup akan berpeluang dalam sistem suria yang hidup lebih pendek. Bintang yang lebih panas dan lebih besar selalu dianggap kurang cenderung untuk menghidupkan nyawa tetapi bukan kerana terlalu panas. Planet masih dapat menikmati iklim beriklim sedang, lebih jauh dari Bumi dari Matahari, dan di orbit lebih jauh dari bintang induknya sendiri. Masalah kebiasaan pertama adalah satu masa, bukan suhu. Bintang yang lebih panas cenderung terbakar lebih cepat - mungkin terlalu pantas untuk hidup di sana.
Sumber Asal: Majalah Astrobiologi
