Planeedisüsteemid: määratlus, avastused ja elamiskõlblik tsoon

Planeedisüsteemid: uusimad avastused, eksoplaneedid ja elamiskõlblik tsoon — uurimus eluvõimalustest teistel tähtedel ning lähimad potentsiaalsed maailmad.

Planeedisüsteem on üldnimetus tähe kohta, mille ümber tiirlevad planeedid ja muud objektid. Näiteks meie kodu on Päikesesüsteem. Tänapäeval teame, et paljudel teistel tähtedel on samuti planeedisüsteemid; need võivad olla väga erineva ülesehituse ja planeetide arvuga.

Avastamise ajalugu ja meetodid

Esimesed väljaspool oma päikesesüsteemi leitud planeedid avastati 1990. aastate alguses (varased leiud olid ka pulsarite ümber). 1995. aastal leiti esimene eksoplaneet sarnase tähe ümber nagu Päike (51 Pegasi b), mis avas uue ajastu tähe- ja planeediuuringutes. 21. sajand on muutunud planeedisüsteemide avastamise kuldajastuks tänu ruumisondidele ja suure jõudlusega maapõhistele teleskoopidele.

Peamised avastamismeetodid on:

• Radiaalkiire meetod (Doppleri spektroskoopia) — mõõdetakse tähe liikumist ette- ja tahapoole, mis viitab planeedi gravitatsioonilisele mõjule.
• Transiidi meetod — jälgitakse tähe heledusest tekkivat väikest langust, kui planeet tähe eest läbi liigub; seda meetodit kasutasid massiliselt Kepler ja TESS.
• Otsepildistamine — keeruline, kuid võimalik heledamatele ja kaugematele planeetidele, eriti infrapunaspektris koos koronagraafidega.
• Mikroläätsetus — kasutatakse gravitatsioonilist suurendust, kui taustatäht ja lähem täht kogemata joonduvad; sobib kaugete planeetide avastamiseks.
• Astromeetria — väga täpsed tähepositsiooni mõõtmised näitavad väikseid nihkeid, mida põhjustavad ümber tiirlevad planeedid.

Kui palju planeete ja süsteeme on teada?

Planeedisüsteemide avastamine on kiireloomuline ja pidevalt arenev valdkond. Näiteks 2014. aasta andmetes oli loetletud 1795 planeeti 1116 planeedisüsteemis, sealhulgas 461 mitme planeedi süsteemi (veel sadu kandsid toona kinnitamata staatust). Tänu järgnevatele missioonidele ja vaatlusringidele on avastuste arv kasvanud märgatavalt: tänapäeval on kinnitatud tuhandeid eksoplaneete, sh mitmeid kompaktselt pakitud mitmeplaneedilisi süsteeme ja arvukalt üksikplaneetide leide.

Lähimad süsteemid (mõningased ajaloolised ja tänased näited)

Varasemate andmete näitel: Lähim kinnitatud süsteem on Gliese 832 14,8 valgusaasta kaugusel (ly) ühe kinnitatud planeediga, samas kui lähim kinnitamata süsteem on Alpha Centauri 4,37 ly kaugusel (ly) ühe Maa massiga planeediga. Lähim mitme planeediga süsteem on Gliese 876 15,3 valguskraadi kaugusel nelja kinnitatud planeediga.

Kuid viimaste aastate andmed toovad esile ka teisi väga lähedasi ja olulisi süsteeme: Proxima Centauri (umbes 4,24 valgusaastat) on teadaolevalt peri-period planeediga (Proxima b), TRAPPIST-1 süsteem (umbes 40 ly) sisaldab mitut Maa-suurust planeeti, millest mõnel võib olla vedelat vett pinnal tingimuste korral. Lähimad süsteemid on huvipakkuvad nii füüsikaliselt kui ka potentsiaalse tulevase uurimise ja suhtluse seisukohalt.

Planeedisüsteemide tüübid ja omadused

Planeedisüsteemid võivad olla väga erinevad:

• Hot Jupiters — suured gaasi-Jupiteri tüüpi planeedid, mis tiirlevad väga lähedal oma tähe ümber; nende olemasolu üllatas varajasi teoreetikuid.
• Kompaadid mitme Maa-suurusega planeediga — tihedad sisemised süsteemid, kus mitu kivist või väikest gaasiplaneeti tiirleb lühikeste perioodidega; TRAPPIST-1 on näide.
• Resonantsed süsteemid — planeedid, mille orbiidiperioodid on täisarvulises suhtes, mis stabiliseerib süsteemi dünaamikat.
• Erineva kujuga orbiidid — ringikujulistest kuni tugevalt elliptiliste orbiidideni; suure eksentrilisusega orbiidid mõjutavad tugevalt tingimusi planeedil.

Planeedi elamiskõlblikkus ja elamiskõlblik tsoon

Astrobioloogia jaoks on eriti huvipakkuv planeedisüsteemide elamiskõlblik tsoon — see orbiidiala ümber tähe, kus tingimused võimaldavad teoreetiliselt vedela vee püsimist planeedi pinnal. Siiski ei taga tsoonis paiknemine automaatselt elu olemasolu; edu sõltub mitmest lisategurist:

• Täiesta noorukronoloogia ja tähe tüüp: Kuumemad tähed annavad rohkem energiat, mistõttu elamiskõlblik tsoon on kaugemal; jahedamate tähtede (M-tüüpi) puhul on tsoonipind väga lähedal, mis võib põhjustada tidally-locked olukordi.
• Atmosfäär: Õhu koostis ja paksus mõjutavad kasvuhooneefekti ning vee säilimist.
• Magnetväli: Kaitse ioniseeriva kiirguse eest võib olla kriitiline, eriti aktiivsete tähtede ümbruses.
• Orbitaalne stabiilsus ja ekstsentrilisus: Suured ekstsentrilisused tekitavad temperatuurikõikumisi, mis võivad piirata elu arengut.
• Kuud ja geoloogiline aktiivsus: Suuremad kuud ja sisemine soojus (nt tektoonika, vulkanism) võivad mõjutada kliimat ja vedela vee olemasolu.

Seega on elamiskõlblikkus komplekssüsteem, mis nõuab mitte ainult õiget kaugust tähe suhtes, vaid ka sobivaid atmosfäärilisi, geoloogilisi ja magnetilisi tingimusi.

Tulevik ja tähtsaimad vaatlusalad

Edasised uuringud keskenduvad peamiselt järgmistele valdkondadele:

• Atmospheeride karakteriseerimine läbi transiidi- ja emissioon-spektroskoopia (kasutades nii ruumiobservatooriume nagu JWST kui ka tulevasi missioone).
• Uute, lähemate ja väiksemate planeetide leidmine teleskoopide nagu TESS, PLATO ja suuremate maapõhiste peeglite abil (ELT, GMT, TMT).
• Otsepildistamine ja tähtede ümbruse tolmu ning planeetide otsene uurimine edasise instrumendiarenduse abil.
• Interdistsiplinaarsed uuringud astrobioloogia, geoloogia ja atmosfäärimudelite vahel, et paremini hinnata elamiskõlblikkuse tingimusi.

Kokkuvõttes on planeedisüsteemide uurimine kiiresti laienev valdkond, mis pakub nii fundamentaalset teadmiste lisandumist planeetide teke- ja evolutsiooni kohta kui ka praktilisi juhiseid otsingutele elule väljaspool Maad. Maavälise elu otsing jääb üheks põnevamaks väljakutseks tulevikus.

Multiplanetaarsed süsteemid

Multiplanetaarsed süsteemid on tähed, millel on vähemalt kaks kinnitatud planeeti väljaspool meie Päikesesüsteemi.

Tähtedest, millel 1116teadaolevalt on eksoplaneete (2014. aasta juuni seisuga on teadaolevalt kokku 461multiplaneedilisi süsteeme. Umbes 280 neist on ainult kaks kinnitatud eksoplaneeti, kuid mõnel on rohkem. Kõige rohkem kinnitatud planeetidega täht on meie Päike 8 kinnitatud planeediga, kõige rohkem kinnitatud eksoplaneetidega tähed on Kepler-90 ja HD 10180, mõlemal 7 kinnitatud planeeti; 2012. aastal on HD 10180 jaoks pakutud veel kaks eksoplaneetide kandidaati, mis tõstaks selle süsteemi eksoplaneetide arvu 9-ni.

Gliese 876, millel on 4 kinnitatud eksoplaneeti, on meie Päikesesüsteemile lähim multiplaneediline süsteem 15 valgusaasta kaugusel. Kokku on teada 12 süsteemi, mis on lähemal kui 50 valgusaastat, kuid enamik neist on palju kaugemal. Kõige kaugemal asuv kinnitatud multiplaneediline süsteem on OGLE-2012-BLG-0026L, mis asub 13300 valguskraadi kaugusel.

Kaks kõige olulisemat tähtede omadust on mass ja metallikatsioon, sest need määravad, kuidas need planeedisüsteemid moodustuvad. Suurema massi ja metallikuse korral on tavaliselt rohkem planeete ja massiivsemaid planeete.

Päikeseväliste planeetide avastuste arv aastas kuni 2014. aasta veebruarini. Värvid näitavad avastamismeetodit.      radiaalkiiruse transiit      ajastus otsetuvastuse mikrotuvastus


Mitmeplaneedilised süsteemid, mis on organiseeritud peremeestaeva spektritüübi järgi.

Küsimused ja vastused

K: Mis on planeedisüsteem?

K: Kui palju eksoplaneete on seni avastatud?

K: Milline on Maale lähim kinnitatud planeedisüsteem?

K: Milline on Maale lähim kinnitamata planeedisüsteem?

K: Milline on Maale lähim mitme planeedi süsteem?

K: Millisel piirkonnal on kõige suurem potentsiaal maavälise elu tekkeks?

Otsing