Kaip buvo surasta antroji Žemė ir ką ten nukeliavę pamatytume

Kentauro Proksima planetų paieškoms naudinga ne tik tuo, kad yra arčiausiai Saulės, nutolusi vos per 4,3 šviesmečio arba 1,3 parseko.

Ši žvaigždė yra mažesnė už Saulę ir priklauso raudonųjų nykštukių tipui.

Tokių žvaigždžių Visatoje yra daugiausia; tas pats galioja ir Saulės aplinkoje.

Maža jų masė ir šviesis reiškia, kad bet kokia planeta raudonąją nykštukę paveikia labiau, o pamatyti ją šalia žvaigždės – lengviau, negu prie masyvesnės ir ryškesnės žvaigždės.

Be to, blausesnės žvaigždės gyvybinė zona – regionas, kuriame esančių planetų paviršiaus temperatūra tinkama skystam vandeniui egzistuoti – yra arčiau žvaigždės, todėl joje esanti planeta žvaigždę veikia daug stipriau, nei didesnės žvaigždės gyvybės zonoje esanti.

Planetos poveikis žvaigždei, naudingas bandant ją aptikti, yra dvejopas.

Viena vertus, jei planeta praskrenda tarp mūsų ir žvaigždės – tranzituoja – ji pridengia dalį žvaigždės disko ir mes matome, kaip žvaigždės šviesis truputį sumažėja.

Tokių pritemimų paieška yra egzoplanetų aptikimo būdo, vadinamo tranzitų metodu, pagrindas. Matydami reguliarius žvaigždės šviesio sumažėjimus, galime nustatyti planetos orbitos periodą (jos metų trukmę) ir planetos spindulį (tiksliau – jo santykį su žvaigždės spinduliu).

Kuo arčiau žvaigždės yra planeta, tuo dažniau pasikartoja tranzitai, ir tuo greičiau ją aptiksime. Kitas planetos poveikis yra gravitacinis: planeta traukia žvaigždę, todėl jos abi sukasi aplink bendrą masės centrą.

Stebint iš šalies, atrodo, kad žvaigždė juda tai artyn prie mūsų, tai tolyn. Kuo masyvesnė ir artimesnė žvaigždei planeta, tuo šis judėjimas stipresnis.

Išmatavę judėjimo periodiškumą ir greitį, nustatome planetos metų trukmę ir masę. Tai vadinama radialinių greičių metodu.

Absoliuti dauguma šiuo metu žinomų egzoplanetų atrastos šiais dviem būdais. Radialinių greičių metodas laikomas patikimesniu, nes žvaigždė pritemti gali ne tik dėl planetos tranzitų.

Be to, tranzituoja tik labai nedidelė dalis planetų – tam reikia, kad planetos orbitos plokštuma beveik idealiai sutaptų su kryptimi nuo žvaigždės mūsų link; o radialinio greičio pokyčius sukelia ir gerokai pasvirusia orbita judančios planetos.

Taigi planetos paieškos prie Kentauro Proksimos – artimiausios mums žvaigždės, kuri dar yra ir maža, taigi labai tokioms paieškoms tinkama – tikrai nėra netikėtas projektas.

Šiek tiek stebėjimų surinkta jau senokai: iki 2012 metų žvaigždės radialinis greitis išmatuotas 302 kartus.

Tuose duomenyse aptikti į Žemę panašios planetos nelabai galima būtų tikėtis, nes tik maždaug tuo metu buvo sukurti pirmieji prietaisai, galintys išmatuoti žvaigždės greitį taip tiksliai, kad Žemės dydžio planetos, esančios gyvybinėje zonoje, poveikis jau būtų aptinkamas.

Šis poveikis – vos 1-2 metrų per sekundę žvaigždės greičio skirtumai, t. y. 300 milijonų kartų mažesnis skirtumas už šviesos greitį; tai reiškia, kad žvaigždės spektro linijos pasislenka viena 300-milijonąja dalimi, ir tokį pokytį vis tiek sugebame išmatuoti.

Beje, 1-2 metrai per sekundę gali būti fundamentali riba, kokius mažiausius žvaigždės greičio pokyčius įmanoma išmatuoti, nepriklausomai nuo prietaisų jautrumo.

Mat tokius greičio svyravimus sukelia ir žvaigždės paviršiuje vykstantys procesai – jos aktyvumas. Taigi jei planeta žvaigždę judina lėčiau, tų pokyčių tampa nebeįmanoma atskirti nuo pokyčių dėl pačioje žvaigždėje vykstančių procesų.

Proksima b yra kaip tik ant šios aptikimo ribos – jos sukeliamo žvaigždės judėjimo amplitudė yra 1,4 m/s.

Iki 2012 metų surinktuose duomenyse buvo matyti keturi periodiški signalai, kurie galėjo žymėti planetų egzistavimą, tačiau statistinis šių rezultatų patikimumas – pernelyg mažas, kad galima būtų skelbti atradimą. 2013-2014 metais atlikti dar 194 matavimai, tačiau jie signalus sustiprino nepakankamai.

Tiesa, tada išryškėjo vienas tikėtiniausias – 11,2 paros periodo – signalas. 2016 metais tyrimų projekto Pale Red Dot metu dar 54 kartus buvo matuojamas žvaigždės radialinis greitis, o matavimų laikai parinkti tokie, kad kuo geriau leistų patikrinti būtent šį signalą.

Šie naujausi matavimai ir buvo tai, ko trūko signalui sustiprėti iki planetos egzistavimo patvirtinimo.

Be pernykščių duomenų egzistavo maždaug 1% tikimybė, kad signalas kyla ne dėl planetos poveikio, o pridėjus pernykščius ši tikimybė sumažėjo iki 0,01%. Toks patikimumas astronomijoje yra pakankamai didelis, kad planetos egzistavimas būtų pripažintas kaip faktas.

Planetos savybės – jau gerai žinomos. Bent 30% masyvesnė už Žemę, ji sukasi aplink Kentauro Proksimą 20 kartų mažesnio spindulio orbita, nei Žemė aplink Saulę. Planetą pasiekia maždaug trečdaliu mažiau šviesos, nei Žemę.

Taip pat skiriasi ir tos šviesos spektras – žymiai daugiau infraraudonųjų spindulių ir žymiai mažiau regimųjų. Todėl planetos paviršius gali sušilti beveik iki tokios pat temperatūros, kaip ir Žemė, nors ten visada tvyros prieblanda.

Apie Proksimą b prirašyta jau daugybė straipsnių. Labai daug dėmesio skiriama klausimui, ar jos paviršiuje galėtų užsimegzti ar egzistuoti gyvybė.

Atsakymo kol kas nėra, bet jis greičiau neigiamas, nei teigiamas – ultravioletinė spinduliuotė planetos paviršiuje yra žymiai didesnė, nei Žemėje, žvaigždės žybsniai ir vėjas planetai taip pat gerokai pavojingesni, todėl sąlygos ten labai atšiaurios.

Sistemoje gali būti ir daugiau planetų. Dar vienas signalas, tik gerokai mažiau patikimas, turi 60-500 dienų periodą.

Matavimų yra per mažai, kad būtų įmanoma periodą apibrėžti tiksliau ar išmatuoti kitas planetos – jei tokia egzistuoja – savybes. Tam reikia daug daugiau stebėjimų, kuriuos toliau vykdo Pale Red Dot projekto nariai.

Proksimos b tyrimai atradimu irgi toli gražu nesibaigia. Sekantis žingsnis – planetos atmosferos, jei tokia egzistuoja, aptikimas ir charakterizavimas. Tą padaryti yra daug sudėtingiau, nei aptikti pačią planetą, tačiau didelės raiškos spektrografai teikia vilties.

Naujausi instrumentai, galintys užfiksuoti 1-2 m/s radialinio greičio skirtumus, taip pat suteikia labai detalius žvaigždės spektro duomenis.

Planetos spektras nuo žvaigždės spektro skiriasi, nes planetos atmosferą sudaro kitokiomis proporcijomis nei žvaigždėje pasiskirstę elementai ir junginiai.

Pavyzdžiui, planetos atmosferoje greičiausiai beveik nėra vandenilio, bet galima tikėtis rasti įvairių molekulių.

Stebėdami Kentauro Proksimą, kartais matome tik žvaigždės spektrą, kartais – žvaigždės ir planetos, o tranzito metu planeta sugeria kai kuriuos žvaigždės spinduliuotės fotonus.

Spektro skirtumus galima išmatuoti, o iš skirtumų tranzito ir ne tranzito metu – apskaičiuoti planetos atmosferos savybes.

Preliminarūs rezultatai paskelbti šių metų pradžioje, bet darbo šioje srityje dar yra daug.

Naudodami jau egzistuojančias ar netrukus atsirasiančias technologijas, galėtume panašių rezultatų pasiekti ne tik su Kentauro Proksima, bet ir su kitomis artimomis raudonosiomis nykštukėmis.

Nors kol kas nėra konkrečių planų tai padaryti, tačiau visai įmanoma, kad per artimiausią dešimtmetį turėsime visų žvaigždžių iki 10 parsekų atstumo stebėjimus, kurių detalumą ribos tik pačių žvaigždžių aktyvumo kuriamas triukšmas.

Tai būtų pirmas statistiškai pilnas – apimantis visą tam tikrų žvaigždžių, šiuo atvejų artimų Saulei, grupę – egzoplanetų paieškų rezultatų katalogas.