Proxima Centauri b

Proxima Centauri nar

Proxima Centauri b (nebo Proxima b ) je exoplaneta obíhající v obyvatelné zóně červeného trpaslíka Proxima Centauri , která je nejbližší hvězdou Slunci a součástí trojhvězdného systému Alpha Centauri . Je to přibližně4,2 ly od Země v souhvězdí Kentaura , což z ní a Proximy c činí nejbližší známé exoplanety Sluneční soustavě .

Proxima Centauri b obíhá kolem své hvězdy ve vzdálenosti zhruba 0,05 au s oběžnou dobou přibližně 11,2 pozemského dne. Jeho další vlastnosti jsou jen špatně pochopeny, ale má se za to, že je to možná planeta podobná Zemi s minimální hmotností1,17 M

Objev

Rychlost Proxima Centauri směrem k Zemi a od Země měřená spektrografem HARPS během prvních tří měsíců roku 2016. Červené symboly s černými chybovými úsečkami představují datové body a modrá křivka odpovídá datům. Amplituda a perioda pohybu byly použity k odhadu minimální hmotnosti planety.

Proxima Centauri se stala cílem pro hledání exoplanet již před objevením Proxima Centauri b, ale počáteční studie v letech 2008 a 2009 vyloučily existenci exoplanet větších než Země v obyvatelné zóně. Planety jsou velmi časté u trpasličích hvězd, v průměru 1-2 planety na hvězdu a asi 20-40 % všech červených trpaslíků má jednu v obyvatelné zóně. Červení trpaslíci jsou navíc zdaleka nejběžnějšími typy hvězd.

Před rokem 2016 pozorování pomocí přístrojů na Evropské jižní observatoři v Chile identifikovala anomálie v Proxima Centauri , které nebylo možné uspokojivě vysvětlit vzplanutím nebo chromosférickou aktivitou hvězdy. Anglada-Escudé a kol. 2016 navrhl, že exoplaneta v obyvatelné zóně Proxima Centauri by mohla vysvětlit tyto anomálie. V roce 2020 byla objevena další planeta Proxima Centauri c , zatímco existence prachupás kolem Proximy Centauri a třetí planety byly od roku 2021 nepotvrzené. Objev Proxima Centauri b, planety v obyvatelných vzdálenostech od nejbližší hvězdy ke Sluneční soustavě, byl velkým objevem v planetologii a přitáhl zájem o hvězdný systém Alpha Centauri , jehož je Proxima členem.

Fyzikální vlastnosti

Proxima Centauri b je nejbližší exoplaneta k Zemi, je ve vzdálenosti asi4,2 ly . Každý obíhá kolem Proximy Centauri11,184 27 ± 0,000 70 pozemských dnů ve vzdálenosti0,0485 au ,více než 20krát blíže k Proxima Centauri, než je Země ke Slunci. Od roku 2021 není jasné, zda má skutečně výstřednost, ale Proxima Centauri b pravděpodobně nebude mít žádnou šikmost . Stáří planety není známo; Samotná Proxima Centauri mohla být zachycena Alfa Centauri , a proto nemusí být nutně stejného stáří jako posledně jmenovaná, která je stará asi 5 miliard let. Je nepravděpodobné, že Proxima Centauri b bude mít stabilní oběžné dráhy pro měsíce .

Od roku 2020 je odhadovaná minimální hmotnost Proxima Centauri b1,173 ± 0,086 M

Slapové zamykání

Proxima Centauri b je pravděpodobně slapově uzamčena k hostitelské hvězdě,což by při oběžné dráze 1:1 znamenalo, že stejná strana planety by vždy čelila Proximě Centauri. Není jasné, zda za takových okolností mohou nastat obyvatelné podmínky, protože přílivový uzávěr 1:1 by vedl k extrémnímu klimatu s obyvatelnou pouze částí planety.

Planeta však nemusí být přílivově uzamčena. Pokud by excentricita Proxima Centauri b byla vyšší než 0,1 -0,06, měla by tendenci vstupovat do rezonance podobné Merkuru 3:2 nebo do rezonancí vyššího řádu, jako je 2:1. Další planety kolem Proximy Centauri a interakce s Alfa Centauri by mohly vzbudit vyšší výstřednosti. Pokud planeta není symetrická (triaxiální), zachycení na neslapovou dráhu by bylo možné i při nízké excentricitě. Neuzamčená oběžná dráha by však vedla k přílivovému ohřevu pláště planety ,sopečná činnost a potenciální vypnutí dynama generujícího magnetické pole . Přesná dynamika silně závisí na vnitřní struktuře planety a jejím vývoji v reakci na přílivové ohřívání.

hvězdička

Hlavní článek: Proxima Centauri

Proxima Centauri je červený trpaslík s hmotností ekvivalentní k0,120 ± 0,015 Sluneční hmotnosti a poloměr0,141 ± 0,021 . S efektivní teplotou od3050 ± 100 kelvinů , má spektrální typ M5,5V a svítivost0,001 55 ± 0,000 06 Slunce.Proxima Centauri je vzplanutá hvězda a její svítivost se v průběhu hodin mění o faktor 100. Magnetické pole Proximy Centauri je podstatně silnější než u Slunce s intenzitou600 ± 150 Gaussů ; mění se v 7letém cyklu.

Je to nejbližší hvězda ke Slunci , se vzdáleností 4,2426 ± 0,0020 světelných let (1,3008 ± 0,0006 pc). Proxima Centauri je součástí vícehvězdného systému, jehož dalšími členy jsou Alpha Centauri A a Alpha Centauri B , které tvoří binární hvězdný subsystém. Dynamika vícehvězdného systému mohla způsobit, že se Proxima Centauri b během své historie přiblížila ke své hostitelské hvězdě. Detekce planety kolem Alpha Centauri v roce 2012 je považována za spornou. Navzdory své blízkosti k Zemi je Proxima Centauri příliš slabá na to, aby byla viditelná pouhým okem. s výjimkou případu, kdy byla světlice viditelná pouhým okem.

Podmínky povrchu

Umělcovo pojetí povrchu Proxima Centauri b. V pozadí vpravo nahoře od Proximy je vidět binární systém Alpha Centauri AB.

Proxima Centauri b se nachází v klasické obyvatelné zóně své hvězdy;přijímá asi 65 % zemského ozáření. Jeho rovnovážná teplota je asi234+6
−14 K . Klima Proxima Centauri b s atmosférou ovlivňují různé faktory, jako jsou orbitální vlastnosti Proxima Centauri b, spektrum záření vyzařované Proximou Centauri a chování mraků a oparů.

Pro atmosféru Proxima Centauri b existují dva pravděpodobné scénáře, jeden bohatý na kyslík a/nebo oxid uhličitý , pokud by se během raných fází Proxima Centauri přeměnilo velké množství vody na kyslík. a vodík se ztratil. Další, kdy planeta zpočátku měla atmosféru bohatou na vodík nebo pocházela dále od Proximy Centauri; to by snížilo únik vody a umožnilo jí přetrvávat na planetě. [45] Pokud atmosféra existuje, pravděpodobně obsahuje sloučeniny obsahující kyslík, jako je kyslík a oxid uhličitý. Spolu s magnetickou aktivitou hvězdy by daly vzniknout polárním zářím , které by bylo možné pozorovat ze Země pokud má planeta magnetické pole

K simulaci vlastností atmosféry Proximy Centauri b byly použity modely klimatu včetně modelů obecné cirkulace používaných pro klima Země . V závislosti na jeho vlastnostech, jako je to, zda je uzamčeno přílivem a odlivem, množství vody a oxidu uhličitého je možných několik scénářů: Planety částečně nebo zcela pokryté ledem, celoplanetární nebo malé oceány nebo pouze suchá země, kombinace mezi nimi nebo scénáře s jedním nebo dvěma "očními bulvami" nebo oblasti ve tvaru humra s kapalnou vodou. Dalšími faktory jsou povaha konvekce , [61]distribuce kontinentů , které mohou udržovat uhličitan-křemičitanový cyklus , a tak stabilizovat koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře, přenos tepla oceánem , který rozšiřuje prostor pro obyvatelné podnebí, změny slanosti , které mění vlastnosti oceánu, rotační perioda planety, která určuje dynamiku Rossbyho vln a dynamiku mořského ledu , která by mohla způsobit zamrznutí globálního oceánu.

Stabilita atmosféry

Stabilita atmosféry je hlavním problémem pro obyvatelnost Proxima Centauri b:

Silné ozáření UV zářením a rentgenovými paprsky z Proxima Centauri představuje výzvu pro obyvatelnost. Proxima Centauri b přijímá asi 10-60krát více tohoto záření než Země se zvláštním nárůstem rentgenového záření a v minulosti mohla přijímat ještě více, 7-16krát více kumulativního XUV záření než Země. UV záření a rentgenové paprsky mohou účinně odpařovat atmosféru protože vodík ochotně absorbuje záření a už ho snadno neztrácí, a tak se ohřívá, dokud rychlost atomů vodíku a molekul nestačí k úniku z gravitačního pole planety. Vodu mohou odstranit tak, že ji rozdělí na vodík a kyslík a zahřejí vodík v exosféře planety, dokud neunikne. Vodík může odtáhnout další prvky, jako je kyslík a dusík .Dusík a oxid uhličitý mohou samy unikat z atmosféry, ale tento proces pravděpodobně podstatně nesníží obsah dusíku a oxidu uhličitého na planetě podobné Zemi.
Hvězdné větry a výrony koronální hmoty jsou pro atmosféru ještě větší hrozbou. Množství hvězdného větru dopadajícího na Proxima Centauri b může dosahovat 4-80násobku dopadu na Zemi. Intenzivnější UV a rentgenové záření by mohlo zvednout atmosféru planety mimo magnetické pole, čímž by se zvýšila ztráta způsobená hvězdným větrem a výrony hmoty.
Ve vzdálenosti Proxima Centauri b od hvězdy bude hvězdný vítr pravděpodobně hustší než kolem Země faktorem 10-1000 v závislosti na síle magnetického pole Proximy Centauri. Od roku 2018 není známo, zda má planeta magnetické pole a horní vrstva atmosféry může mít své vlastní magnetické pole.V závislosti na intenzitě magnetického pole Proxima Centauri b může proniknout hluboko do atmosféry planety a odstranit z ní části, s podstatnou variabilitou v denních a ročních časových osách.
Pokud je planeta slapově uzamčena ke hvězdě, může se atmosféra na noční straně zhroutit. Toto je zvláště riziko pro atmosféru s převahou oxidu uhličitého , ačkoli ledovce oxidu uhličitého by mohly recyklovat.
Na rozdíl od hvězd podobných Slunci by obyvatelná zóna Proximy Centauri byla na počátku existence soustavy dále , když byla hvězda ve fázi před hlavní posloupností .V případě Proximy Centauri, za předpokladu, že planeta vznikla na její současné oběžné dráze, mohla strávit až 180 milionů let příliš blízko své hvězdy na to, aby kondenzovala voda. Proxima Centauri b proto mohla utrpět skleníkový efekt Runaway, při kterém by se voda z planety vypařila na páru, která by se pak UV zářením rozštěpila na vodík a kyslík. Vodík a tím i veškerá voda by se následně ztratily, podobný tomu, o čem se věří, že se stalo Venuši .
Zatímco charakteristiky impaktních událostí na Proxima Centauri b jsou v současné době zcela domnělé, mohly by destabilizovat atmosféru a vyvařit oceány.

I kdyby Proxima Centauri b ztratila svou původní atmosféru, vulkanická činnost ji mohla po nějaké době znovu vybudovat. Druhá atmosféra by pravděpodobně obsahovala oxid uhličitý, který by tvořil stabilnější atmosféru, než by byla atmosféra podobná Zemi.V případě Země se množství vody obsažené v plášti může blížit množství vody jednoho zemského oceánu. Dopady exokomet by navíc mohly doplnit vodu do Proxima Centauri b, pokud jsou přítomny.

Dodávka vody do Proxima Centauri b

Množství mechanismů může dodávat vodu na rozvíjející se planetu; kolik vody Proxima Centauri b přijala, není známo. Modelování podle Ribase et al. 2016 ukazuje, že Proxima Centauri b by neztratila více než jeden ekvivalent vody v oceánu Země, ale pozdější výzkum naznačil, že množství ztracené vody by mohlo být podstatně větší a Airapetian et al. 2017 dospěl k závěru, že během deseti milionů let dojde ke ztrátě atmosféry. Odhady jsou však silně závislé na počáteční hmotnosti atmosféry, a jsou tedy značně nejisté.

život

Viz také: Obyvatelnost systémů červených trpaslíků

V kontextu výzkumu exoplanet je "obyvatelnost" obvykle definována jako možnost, že na povrchu planety existuje kapalná voda. Jak je běžně chápáno v kontextu života na exoplanetách , kapalná voda na povrchu a atmosféra jsou předpoklady pro obyvatelnost - jakýkoli život omezený na podpovrch planety, jako například v podpovrchovém oceánu jako v Evropě . ve Sluneční soustavě by bylo obtížné z dálky detekovat , i když může představovat model pro život v chladném oceánu pokrytém Proxima Centauri b.

Obyvatelnost červených trpaslíků je kontroverzní téma s řadou úvah:

Jak aktivita Proxima Centauri, tak přílivové uzamčení by bránily nastolení těchto podmínek.
Na rozdíl od XUV záření je UV záření na Proxima Centauri b červenější (chladnější), a proto může méně interagovat s organickými sloučeninami a může produkovat méně ozónu. Naopak hvězdná aktivita by mohla narušit ozónovou vrstvu natolik, že by se UV záření zvýšilo na nebezpečnou úroveň.
V závislosti na své excentricitě může částečně ležet mimo obyvatelnou zónu během části své oběžné dráhy.
Kyslík a/nebo oxid uhelnatý se mohou nahromadit v atmosféře Proxima Centauri b v toxickém množství. Vysoké koncentrace kyslíku však mohou pomoci při vývoji složitých organismů .
Pokud jsou přítomny oceány, příliv a odliv by mohl střídavě zaplavovat a vysušovat pobřežní krajiny, spouštět chemické reakce vedoucí k rozvoji života , podporovat vývoj biologických rytmů , jako je cyklus den-noc, který by se jinak nevyvíjel v uzamčeném přílivu. planeta bez cyklu den-noc, mísí oceány a dodává a přerozděluje živiny a stimuluje periodické expanze mořských organismů, jako jsou červené přílivy na Zemi.

Na druhou stranu, červení trpaslíci jako Proxima Centauri mají životnost mnohem delší než Slunce, až mnohonásobek odhadovaného stáří vesmíru , a dávají tak životu dostatek času na vývoj. Záření emitované Proximou Centauri není vhodné pro fotosyntézu generující kyslík , ale dostačuje pro anoxygenní fotosyntézu , i když není jasné, jak by bylo možné detekovat život závislý na anoxygenní fotosyntéze. Jedna studie z roku 2017 odhadla, že produktivita ekosystému Proxima Centauri b založeného na fotosyntéze může být asi 20 % produktivity Země.

Pozorování a průzkum

Od roku 2021 ještě Proxima Centauri b nebyla přímo zobrazena, protože její oddělení od Proxima Centauri je na to příliš malé. Z pohledu Země je nepravděpodobné Hvězda je monitorována z hlediska možného vyzařování rádiových signálů souvisejících s technologií projektem Breakthrough Listen , který v dubnu až květnu 2019 detekoval signál BLC1 ; pozdější výzkumy však ukázaly, že je pravděpodobně lidského původu.

Budoucí velké pozemní dalekohledy a vesmírné observatoře, jako je James Webb Space Telescope a Wide-Field Infrared Survey Telescope , by mohly přímo pozorovat Proxima Centauri b, vzhledem k její blízkosti k Zemi, ale oddělení planety od její hvězdy by být těžký.Možné znaky pozorovatelné ze Země jsou odraz světla hvězd od oceánu, radiační vzorce atmosférických plynů a zákalů a přenos atmosférického tepla .Bylo vynaloženo úsilí určit, jak by Proxima Centauri b vypadala na Zemi, pokud by měla určité vlastnosti, jako jsou atmosféry určitého složení.

Dokonce i těm nejrychlejším vesmírným lodím postaveným lidmi by trvalo dlouho, než by překonaly mezihvězdné vzdálenosti ; Voyageru 2 by trvalo asi 75 000 let, než by dosáhlo Proximy Centauri. Mezi navrhované technologie k dosažení Proxima Centauri b během lidského života patří sluneční plachty , které by mohly dosáhnout rychlosti 20 % rychlosti světla ; problémy by spočívaly v tom, jak zpomalit sondu, když dorazí do systému Proxima Centauri a srážky vysokorychlostních sond s mezihvězdnými částicemi . Mezi projekty cestování do Proxima Centauri b patří Breakthrough Starshot projekt, jehož cílem je vyvinout nástroje a energetické systémy, které mohou dosáhnout Proxima Centauri v 21. století.