Проксима Центавра b - Proxima Centauri b

Проксима Центавра b
Художник представил Проксиму Центавра b гипотетически в виде засушливой каменистой суперземли.
Художественная концепция Проксимы Центавра b как скалистой экзопланеты с Проксимой Центавра и двойной системой Альфа Центавра на заднем плане. Фактический внешний вид планеты неизвестен.
Открытие
Обнаружил Anglada-Escudé et al.
Сайт открытия Европейская южная обсерватория
Дата открытия 24 августа 2016 г.
Доплеровская спектроскопия
Орбитальные характеристики
0,0485+0,0041
−0,0051
Австралия
Эксцентриситет 0,124+0,070
-0,068
11,18427+0,00066
−0,00070
d
310 ± 50
Полуамплитуда 1,38 ± 0,21
Звезда Проксима Центавра
Физические характеристики
Средний радиус
1,30+1,20
-0,62
R
Масса 1,60+0,46
−0,36
M
Температура Т экв : 234 К (-39 ° C; -38 ° F)

Проксима Центавра Ь (также называется Проксима б или Альфа Центавра Cb ) является экзопланета на орбите в жилой зоне в красной карликовой звезды Проксима Центавра , который является самым близким звезды на Солнце и часть тройной звездной системы . Это примерно 1,28 парсек или 4,2 световых лет (4,0 × 10 13  км) от Земли в созвездии Центавра , что делает его и Proxima с самых близких известных экзопланет в Солнечной системе .

Проксима Центавра b вращается вокруг звезды на расстоянии примерно 0,05 а.е. (7 500 000 км; 4 600 000 миль) с периодом обращения примерно 11,2 земных дня и имеет предполагаемую массу как минимум в 1,2 раза больше Земли. Он подвергается давлению звездного ветра, которое более чем в 2000 раз превышает давление солнечного ветра на Землю , и его обитаемость еще не установлена ​​окончательно.

Об открытии планеты было объявлено в августе 2016 года. Она была обнаружена с помощью метода лучевых скоростей , когда периодические доплеровские сдвиги спектральных линий родительской звезды указывают на орбитальный объект. Судя по этим показаниям, лучевая скорость родительской звезды относительно Земли изменяется с амплитудой около 1,4 метра (4,5 фута) в секунду. По словам Гиллема Англада-Эскуде (испанского астронома), близость планеты к Земле дает возможность для роботизированного исследования космоса с помощью проекта Starshot или, по крайней мере, «в ближайшие столетия».

Неизвестно наклонение ее орбиты , точная масса Проксимы Центавра b неизвестна. Если бы его орбита была почти с ребра, она имела бы массу 1,173 ± 0,086  M ( массы Земли ). Статистически, есть примерно 90% вероятность того, что его масса составляет менее 2,77  М .

В мае 2019 года в документе, представляющем недавние данные космического телескопа Спитцера, был сделан вывод о том, что Проксима Центавра b не проходила мимо своего Солнца относительно Земли, и приписал предыдущие обнаружения транзита коррелированному шуму.

Физические характеристики

Масса, радиус и температура

Кажущееся наклонение орбиты Проксимы Центавра b еще не измерено. Минимальная масса из Проксима Ь 1,17  M , который будет фактическая масса , если ее орбиты были видны ребра от Земли. Как только его орбитальное наклонение станет известно, можно будет вычислить массу. Более наклонные ориентации предполагают более высокую массу, при этом 90% возможных ориентаций подразумевают массу ниже 2,77  M . Если орбита Проксимы Центавра b компланарна орбите экзопланеты-кандидата Проксимы Центавра c, оценки истинной массы которой были недавно рассчитаны с использованием различных комбинаций ее спектроскопических параметров орбиты, аномалии собственного движения Gaia DR2 и астрометрических измерений, тогда истинная масса Проксимы b можно оценить. Например, в статье 2020 года, опубликованной Tasker and Laneuville et al. оценки1,60+0,46
−0,36
Земные массы. Были предложены другие возможные значения, в том числе еще одна статья 2020 года Кервелла и др. по оценкам2.1+1,9
-0,6
Земные массы, а другой - Бенедикт и др. по оценкам3,0 ± 0,3 массы Земли как истинные значения массы Проксимы b.

Точный радиус планеты, по оценкам, немного больше, чем у Земли, но точный градус полностью не известен, хотя недавние оценки предполагают около 1,3  R . Если он имеет каменистый состав и плотность, равную земной, его радиус меньше. Он может быть больше, если его плотность ниже, чем у Земли, или масса выше минимальной. Как и многие планеты размером с суперземлю , Проксима Центавра b может иметь ледяной состав, как у Нептуна , с толстой обволакивающей атмосферой из водорода и гелия ; эта вероятность по расчетам превышает 10%. Однако, основываясь на недавно смоделированных массе и радиусе, это кажется маловероятным.

Планета имеет равновесную температуру 234 K (-39 ° C; -38 ° F), что несколько холоднее, чем 255 K (-18 ° C; -1 ° F) на Земле . Точная температура поверхности планеты в настоящее время не может быть определена из-за того, что неизвестно множество влияющих факторов, определяющих температуру. К таким факторам можно отнести наличие атмосферы или приливного нагрева.

Принимающая звезда

Планета вращается вокруг красного карлика M-типа по имени Проксима Центавра . Звезда имеет массу 0,12  М и радиус 0,14  R . Его температура поверхности составляет 3042 К,   а возраст - 4,85 миллиарда лет. Для сравнения, ВС составляет 4,6 миллиарда лет и имеет температуру поверхности 5778 К. Проксима Центавра один оборот примерно каждые 83 дней, и имеет светимость около 0,0015  L . Как и две большие звезды в тройной звездной системе, Проксима Центавра богата металлами по сравнению с Солнцем, что обычно не встречается у маломассивных звезд, таких как Проксима. Его металличность ([Fe / H]) составляет 0,21, или 1,62 раза больше, чем в атмосфере Солнца.

Несмотря на то, что Проксима Центавра является ближайшей к Солнцу звездой, она не видна невооруженным глазом с Земли из-за ее низкой светимости (средняя видимая величина 11,13).

Проксима Центавра - это вспыхивающая звезда . Это означает, что он периодически подвергается резкому увеличению яркости и высокоэнергетическому излучению из-за магнитной активности, которая может вызвать большие солнечные бури. 18 марта 2016 г. наблюдалась супервспышка с энергией 10 26,5 джоулей . Вспышка в марте 2016 г. достигла уровня примерно в 68 раз больше обычного, то есть немного ярче Солнца. По оценкам, облучение поверхности в 100 раз превышает необходимое для уничтожения даже устойчивых к УФ-излучению микроорганизмов. Судя по частоте наблюдаемых вспышек, полное разрушение озонового слоя атмосферы земного типа может произойти в течение нескольких сотен тысяч лет.

Орбита

Проксима Центавра b вращается вокруг своей звезды-хозяина каждые 11,186 дней на расстоянии по большой полуоси примерно 0,05 астрономических единиц (7 000 000 км; 5 000 000 миль), что означает, что расстояние от экзопланеты до звезды-хозяина составляет одну двадцатую часть расстояния от звезды. Земля к Солнцу. Для сравнения: Меркурий , ближайшая к Солнцу планета, имеет расстояние до большой полуоси 0,39 а.е. Проксима Центавра b получает около 65% количества радиационного потока от своей звезды-хозяина, которую Земля получает от Солнца - для сравнения, Марс получает около 43%. Большая часть радиационного потока от Проксимы Центавра находится в инфракрасном спектре . В видимом спектре экзопланета получает только ~ 3% от ФАР (400–700 нм) излучения Земли - для сравнения, Юпитер получает 3,7%, а Сатурн 1,1%. - так что на поверхности Проксимы Центавра b обычно не бывает намного ярче сумерек . Максимальная освещенность горизонтальной поверхности в сумерках на восходе солнца составляет около 400 люкс, в то время как освещенность Proxima b составляет около 2700 люкс с тихой Proxima. У Проксимы тоже есть вспышки. Самая яркая вспышка, наблюдавшаяся до 2016 года, увеличила визуальную яркость Проксимы примерно в 8 раз, что было бы большим изменением по сравнению с предыдущим уровнем, но при освещенности Земли примерно на 17% это не очень сильный солнечный свет. Однако из-за своей узкой орбиты Проксима Центавра b получает примерно в 400 раз больше рентгеновского излучения, чем Земля.

Пригодность

Художественная концепция поверхности Проксимы Центавра б. Альфа Центавра двоичная система может рассматриваться в фоновом режиме, в правом верхнем углу Proxima.

Обитаемость из Проксима Центавра б не была установлена, но планета подвержена звездного ветра давления более чем 2000 раз те испытали на Земле от солнечного ветра. В отсутствие магнитного поля это излучение и звездные ветры, вероятно, унесут любую атмосферу, оставив недра в качестве единственного потенциально обитаемого места на этой планете.

Экзопланета вращается в пределах обитаемой зоны Проксимы Центавра, региона, где при правильных планетных условиях и атмосферных свойствах жидкая вода может существовать на поверхности планеты. Хост звезда, с примерно одной восьмой частью массы Солнца , имеет обитаемую зону между ~0.0423-0.0816 АСОМ . В октябре 2016 года исследователи французского исследовательского института CNRS заявили, что существует значительная вероятность того, что на планете есть поверхностные океаны и тонкая атмосфера. Однако, если планета не проходит перед своей звездой с точки зрения Земли, эти гипотезы трудно проверить.

Приливные эффекты и звездные вспышки

Несмотря на то, что Проксима Центавра b находится в зоне обитания, обитаемость планеты подвергается сомнению из-за нескольких потенциально опасных физических условий. Экзопланета находится достаточно близко к своей звезде-хозяину, поэтому может быть заблокирована приливом . В этом случае возможно, что любые обитаемые области могут быть ограничены пограничной областью между двумя крайними сторонами, обычно называемой линией ограничителя , поскольку только здесь температуры могут быть подходящими для существования жидкой воды. Если эксцентриситет орбиты планеты равен 0, это может привести к синхронному вращению , когда одна горячая сторона постоянно обращена к звезде, а противоположная сторона находится в постоянной темноте и ледяном холоде. Однако эксцентриситет орбиты Проксимы Центавра b не известен с уверенностью, только то, что он ниже 0,35 - потенциально достаточно высокий, чтобы иметь значительный шанс быть захваченным в спин-орбитальный резонанс 3: 2, аналогичный резонансу Меркурия , где Проксима b будет вращаться вокруг своей оси примерно каждые 7,5 земных дней, при этом между одним восходом солнца и следующим проходит примерно 22,4 земных дня. Также возможны резонансы до 2: 1. Другая проблема заключается в том, что вспышки, выпущенные Проксимой Центавра, могли разрушить атмосферу экзопланеты. Однако, если бы Проксима b имела сильное магнитное поле, вспышечная активность ее родительской звезды не была бы проблемой. Более того, недавние данные свидетельствуют о том, что самые крупные вспышки малых звезд, таких как красные карлики, в основном происходят на высоких звездных широтах. Если орбита Проксимы B близка к экваториальной, она может быть меньше подвержена влиянию вспышки, чем считалось ранее.

Возможности климата и атмосферы

Если присутствуют вода и атмосфера, в результате будет гораздо более гостеприимная среда. Предполагая, что атмосферное давление N 2 составляет 1 бар и ~ 0,01 бар CO 2 , в мире, включающем океаны со средними температурами, аналогичными тем, что на Земле, широкий экваториальный пояс (несинхронное вращение) или большую часть освещенной солнцем стороны ( синхронное вращение), будет постоянно свободным ото льда. Большая часть планеты может быть обитаемой, если ее атмосфера достаточно толстая, чтобы передавать тепло стороне, обращенной от звезды. Если у нее есть атмосфера, моделирование предполагает, что планета могла потерять примерно столько же воды, сколько есть на Земле, из-за раннего облучения в первые 100–200 миллионов лет после образования планеты. Жидкая вода может присутствовать только в самых солнечных областях поверхности планеты в бассейнах либо в области в полушарии планеты, обращенной к звезде, либо - если планета находится в резонансном вращении 3: 2 - суточно в экваториальном поясе. В целом, астрофизики считают способность Проксимы Центавра b удерживать воду от ее образования самым важным моментом в оценке нынешней обитаемости планеты. Планета может быть в пределах досягаемости телескопов и методов, которые могут раскрыть больше о ее составе и атмосфере, если таковая имеется.

Если присутствует атмосфера, более длинноволновое излучение от родительской звезды - красного карлика означает, что это повлияет на погоду. Образование облаков на дневной стороне планеты будет подавлено по сравнению с Землей (или Венерой), что приведет к более ясному небу.

Вид с Проксимы Центавра b

Взгляд на небо вокруг Ориона из Альфы Центавра с Сириусом возле Бетельгейзе , Процион в Близнецах и Солнце между Персеем и Кассиопеей, созданное Селестией

Если смотреть со стороны системы Альфа Центавра, небо будет выглядеть так же, как для наблюдателя на Земле, за исключением того, что Центавру не хватало бы своей самой яркой звезды. Солнце будет желтой звездой с видимой величиной +0,5 в восточной части Кассиопеи , в точке, противоположной текущему прямому восхождению и склонению Альфы Центавра , в 02 ч 39 м 35 с + 60 ° 50 '(2000). Это место находится недалеко от звезды ε Кассиопеи с величиной 3,4 . Из-за расположения Солнца межзвездный или инопланетный наблюдатель обнаружил бы, что \ / \ / Кассиопеи приобрела форму / \ / \ / почти перед туманностью Сердце в Кассиопее. Сириус находится менее чем в градусе от Бетельгейзе в немодифицированном Орионе и с блеском -1,2 немного слабее, чем с Земли, но все же является самой яркой звездой в небе Альфа Центавра. Процион также смещен в середину Близнецов , затмевая Поллукса , в то время как и Вега, и Альтаир смещены на северо-запад относительно Денеба (который почти не двигается из-за большого расстояния), что придает Летнему треугольнику более равносторонний вид.

С Проксимы Центавра b Альфа Центавра AB выглядела бы как две близкие яркие звезды с общей видимой величиной -6,8. В зависимости от орбитального положения двойной звезды, яркие звезды будут заметно делиться невооруженным глазом или иногда, но ненадолго, как одна неразрешенная звезда. Исходя из вычисленных абсолютных звездных величин , видимые звездные величины Альфы Центавра A и B составят -6,5 и -5,2 соответственно.

Формирование

Маловероятно, что Проксима Центавра b первоначально сформировалась на ее текущей орбите, поскольку модели дисков для малых звезд, таких как Проксима Центавра, будут содержать менее одной массы Земли  M вещества в центральной а.е. во время их образования. Это означает, что либо Проксима Центавра b была сформирована где-то еще, способ, который еще предстоит определить, либо текущие модели дисков для звездообразования нуждаются в пересмотре.

Открытие

Скорость Проксимы Центавра по направлению к Земле и от нее, измеренная с помощью спектрографа HARPS в течение первых трех месяцев 2016 года. Красные символы с черными полосами ошибок представляют точки данных, а синяя кривая соответствует данным. Амплитуда и период движения использовались для оценки минимальной массы планеты.

Первые признаки экзопланеты были обнаружены в 2013 году Микко Туоми из Университета Хартфордшира на основе архивных данных наблюдений. Чтобы подтвердить возможное открытие, в январе 2016 года группа астрономов запустила проект Pale Red Dot. 24 августа 2016 года группа из 31 ученого со всего мира во главе с Гиллемом Англада-Эскуде из Лондонского университета королевы Марии подтвердила существование Проксимы Центавра b благодаря их исследованиям, опубликованным в рецензируемой статье в журнале Nature .

Измерения проводились с помощью двух спектрографов: HARPS на 3,6-метровом телескопе ESO в обсерватории Ла-Силла и UVES на 8-метровом очень большом телескопе . Пиковая лучевая скорость родительской звезды в сочетании с орбитальным периодом позволила рассчитать минимальную массу экзопланеты. Вероятность ложноположительного обнаружения составляет менее одного из десяти миллионов.

Осложнения наблюдений за звездой, как правило, указывают на дополнительные, немаловажные размеры планет, вращающихся вокруг нее. Еще одна супер-Земля была отмечена при открытии этой планеты как возможная; его присутствие не дестабилизирует орбиту Проксимы Центавра b. Одна очень большая супер-Земля была открыта в 2019 году, известная как Проксима Центавра c - она ​​вращается на расстоянии 1,5 а.е., что слишком далеко, чтобы сколько- нибудь существенно потянуть за другую планету.

Данные ESPRESSO исключают дополнительных спутников с массой выше 0,6  M в периоды короче 50 дней. Потенциальный спутник, Проксима Центавра d , на 0,29  M , находился на орбите около 5,15 суток. Требуются дальнейшие исследования, чтобы подтвердить его существование и определить его орбитальные свойства.

Будущие наблюдения

Very Large Telescope и звездная система Альфа Центавра .

По состоянию на 2016 год отсутствие убедительных доказательств транзитов, сочетающих фотометрию MOST и HATSouth, дает Проксиме Центавра b лишь 1,5% шансов быть транзитной планетой. Отсутствие транзитных событий означает, что для дальнейшего изучения планеты, вероятно, потребуются альтернативные методы. Например, можно получить изображение Проксимы b и исследовать любую атмосферу на предмет наличия кислорода, водяного пара и метана, объединив ESPRESSO и SPHERE на VLT . Точно так же будущий космический телескоп Джеймса Уэбба может обнаружить присутствие и частично охарактеризовать атмосферу с помощью наблюдений за температурной кривой. Другие будущие телескопы (такие как Чрезвычайно Большой телескоп , Гигантский Магелланов телескоп и Тридцатиметровый телескоп ) также смогут определять компоненты любой обнаруженной атмосферы.

Открытие Проксимы b было важным для Breakthrough Starshot , доказательством концептуального проекта, нацеленного на отправку флота миниатюрных зондов в систему Альфа Центавра . Проектом руководит исследовательская компания Breakthrough Initiatives , и он планирует разработать и запустить флот миниатюрных беспилотных космических кораблей под названием StarChips , которые могут путешествовать со скоростью до 20% от скорости света и прибудут в систему примерно через 20 лет с уведомлением о доставке. Земля чуть более 4 лет спустя.

Миссия 2069 Альфа Центавра

В 2017 году Breakthrough Initiatives и Европейская южная обсерватория (ESO) начали сотрудничество, чтобы обеспечить и осуществить поиск пригодных для жизни планет в ближайшей звездной системе Альфа Центавра. Соглашение включает в себя Революционные инициативы , предусматривающие финансирование для обновления до (Visir V LT I Магера и S pectrometer для середины I NFRA г ред) инструмента на ESO в Very Large Telescope (VLT) в Чили.

Диаграммы

Видео

Смотрите также

Примечания

использованная литература

дальнейшее чтение

внешние ссылки

Координаты : Карта неба 14 ч 29 м 42.9487 с , −62 ° 40 ′ 46.141 ″.