Kepler-452b: druga Ziemia? Blisko
Czym jest Kepler-452b
Kepler-452b zdecydowanie wyróżnia się na tle tysięcy odkrytych do tej pory planet pozasłonecznych. Wiele danych wskazuje na to, że póki co jest wśród nich najbardziej zbliżony do Ziemi.
Przede wszystkim jest to najprawdopodobniej planeta skalista, krążąca w ekosferze wokół gwiazdy podobnej do Słońca.
To trzy kluczowe czynniki, biorąc pod uwagę różnorodność wykrytych dotąd planet. Obiekt obiega swoją gwiazdę macierzystą w 385 dni, czyli zaledwie 20 dni więcej niż Ziemia. Jego średnica jest o 60% większa od średnicy Ziemi (1). Jak dotąd to najmniejsza planeta odkryta w ekosferze gwiazdy podobnej do Słońca. Przyciąganie grawitacyjne na powierzchni jest dwukrotnie większe niż na Ziemi.
Jeżeli faktycznie Kepler-452b jest planetą skalistą - a prawdopodobieństwo oblicza się na 49-62% (na podstawie charakterystyki znanych planet pozasłonecznych trudno jednoznacznie stwierdzić, czy faktycznie jest to skalista "super-Ziemia", czy raczej planeta gazowa typu mini-Neptun) - powinny zachodzić na niej procesy związane z aktywnością wulkaniczną.
Wspomnianą gwiazdą, którą obiega ta "druga Ziemia", jest Kepler-452. Należy ona do typu G2 V, czyli tego samego, co nasze Słońce. Co więcej, przypomina je pod względem masy i temperatury, choć różni się od niego jasnością (Kepler-452 jest 20% jaśniejszy) oraz wiekiem. Na podstawie zebranych danych (modeli ewolucji gwiazd tego typu) można oszacować, że ma 6 mld lat, a to o 1,5 mld lat więcej niż wiek Słońca i całego Układu Słonecznego. Niepewność pomiaru wynosi tu ±2 mld lat.
Co wiemy bezpośrednio - i pośrednio
Kepler-452b znajduje się w odległości 1400 lat świetlnych od nas. W skali kosmicznej to wprawdzie blisko, ale w skali ziemskiej niezwykle daleko. Oznacza to, że przez urządzenia obserwacyjne widzimy go obecnie takiego, jakim był w… roku 615. Często przechodzimy nad takimi liczbami do porządku dziennego, nie uświadamiając sobie odległości. Wystarczy jednak pomyśleć, że sonda New Horizons - najszybszy pojazd wystrzelony jak dotąd z Ziemi - dotarłaby do tej planety za 25 mln lat! Takie porównanie pozwala lepiej uzmysłowić sobie skalę kosmicznych przestrzeni (3).
Bohater tego artykułu jest obiektem zbyt małym, aby kiedykolwiek dało się dokładnie wyznaczyć jego masę. Można jedynie bazować na danych dotyczących rozkładu mas już poznanych planet pozasłonecznych. Stosując tę metodę, wolno założyć, że masa Keplera-452b znajduje się w przedziale "pięć razy większy - dwa razy mniejszy" od masy Ziemi.
Jak działa teleskop Keplera?
Za odkrycie Keplera-452b odpowiedzialny jest słynny teleskop Keplera - wyniesione w przestrzeń kosmiczną w 2009 r. urządzenie przeznaczone do poszukiwania planet typu ziemskiego (4). Jego głównym zadaniem jest badanie struktury i różnorodności układów planetarnych.
Budowa teleskopu pozwala obserwować jednocześnie dużą grupę gwiazd i doszukiwać się niewielkich spadków ich jasności, co może wskazywać na tranzyt planety na tle danej gwiazdy. Przechodząca na tle tarczy gwiazdy planeta powoduje delikatny spadek obserwowanej jasności - w przypadku tranzytu planety typu ziemskiego spadek ten wynosi ok. 0,01% jasności gwiazdy (5).
Stopień spadku jasności gwiazdy wykorzystywany jest do określenia stosunku średnicy gwiazdy do planety, a okres między kolejnymi tranzytami danej planety pozwala ustalić okres orbitalny. Na podstawie tych danych można oszacować wielką półoś orbity (wykorzystując - nomen omen - prawa Keplera) i obliczyć temperaturę (stosując modele promieniowania gwiazd).
Warto też zwrócić uwagę na to, że wiele gwiazd mających układy planetarne w ogóle nie zdradza tego faktu. Dzieje się tak dlatego, że patrząc z Ziemi - czy też z miejsca, w którym umieszczony jest teleskop Keplera - orbita planety może nie przebiegać na tle tarczy gwiazdy. Przykładowo, dla planety typu ziemskiego orbitującej w odległości 1 jednostki astronomicznej od swojej gwiazdy, prawdopodobieństwo, że jej orbita przebiega z naszego punktu widzenia na tle tarczy gwiazdy wynosi zaledwie 0,47%. To z kolei oznacza, że możemy odkryć tą metodą zaledwie jedną planetę na 210 istniejących.
Teleskop Keplera ma bardzo duże pole widzenia, wynoszące 115 stopni. W tak dużym polu znajduje się ok. pół miliona gwiazd. Z tej liczby do stałego monitorowania wybrano 150 tys. gwiazd. Ponad 90 tys. z nich to gwiazdy typu widmowego G.
Dlatego właśnie Kepler został zaprojektowany w taki sposób, aby jego maksymalna czułość przypadała na zakres częstotliwości 400-865 nm, w którym jasność tych gwiazd przybiera największą wartość. Teleskop mierzy jasność wszystkich 150 tys. gwiazd co trzy minuty, szukając ewentualnych zmian natężenia. W przypadku ich wykrycia musi jednak zaobserwować trzy kolejne spadki jasności, aby potwierdzić, że zostały one wywołane tranzytem planety na jej tarczy.
Aktualnie w okresie oczekiwania na kolejne tranzyty znajduje się aż 4696 kandydatek na planety, z czego 521 zostało dodanych do listy równolegle z potwierdzeniem istnienia planety Kepler-452b. Dwanaście obiektów pretendujących do statusu planety ma wielkość 1-2 mas Ziemi i orbituje w ekosferze wokół swoich gwiazd. Dziewięć z nich okrąża gwiazdy analogiczne do Słońca pod względem temperatury i rozmiaru.
Czym jest ekosfera?
Ekosfera to obszar wokół gwiazdy, w którym planety - przy założeniu odpowiedniego ciśnienia atmosferycznego - mogą utrzymywać wodę w stanie ciekłym na powierzchni. W zależności od typu widmowego gwiazdy, jej rozmiaru i temperatury, ekosfera może znajdować się bliżej lub dalej od powierzchni gwiazdy (6). Kepler-452b znajduje się 5% dalej od swojej gwiazdy niż Ziemia od Słońca, jednak ponieważ sama gwiazda jest o 10% większa i 20% jaśniejsza od Słońca, więc nadal "mieści się" on w ekosferze.
Co więcej, promieniowanie gwiazdy odbite od powierzchni planety jest bardzo podobne do słonecznego. Niektórzy naukowcy spekulują, że przy założeniu podobieństwa planety do Ziemi na Keplerze-452b przeżyłyby nawet ziemskie rośliny - ponieważ nic nie stoi na przeszkodzie, aby zachodził tam proces fotosyntezy.
Warto jednak pamiętać, że ekosfera to nie tylko światy tak przyjazne dla życia jak Ziemia. Wystarczy długotrwały efekt cieplarniany, aby łagodna planeta zmieniła się w analog Wenus, czyli planetę podobnie jak ona całkowicie spowitą chmurami, gorącą i bez śladów wody na powierzchni. W 2013 r. astronomowie na podstawie danych z teleskopu Kepler oszacowali, że w samej Drodze Mlecznej może istnieć ok. 40 miliardów planet typu ziemskiego, orbitujących w ekosferze wokół gwiazd typu Słońca oraz czerwonych karłów. Póki co zweryfikowanie istnienia Keplera-452b zwiększa liczbę potwierdzonych planet do 1030.
Inne kandydatki na Ziemię 2.0
Przed odkryciem Keplera-452b kilka innych planet nosiło już zaszczytne miano planety "najbardziej podobnej do Ziemi". Ok. 500 lat świetlnych od nas znajduje się Kepler-186f, planeta zaledwie 10% większa od Ziemi i również zlokalizowana w ekosferze wokół własnej gwiazdy. W tym jednak przypadku gwiazdą jest czerwony karzeł - znacznie chłodniejszy i o połowę mniejszy od Słońca. Okres orbitalny Keplera-186f trwa zaledwie 130 dni. Planeta otrzymuje od swojej gwiazdy jedynie jedną trzecią promieniowania słonecznego, a więc znajduje się na zewnętrznej granicy ekosfery (7) .
Jeszcze wcześniej za planetę najbardziej podobną do Ziemi uznawano obiekt o nazwie Kepler-62f. Podobnie jak Kepler-452b, jest to "super-Ziemia", o rozmiarze 40% większym od naszej. Jednak analogicznie do przypadku Keplera-186f, Kepler-62f obiega gwiazdę znacznie chłodniejszą i mniejszą od Słońca - w ciągu 267 dni. Znajduje się 1200 lat świetlnych od Ziemi, w gwiazdozbiorze Lutni. Mimo tego, że do powierzchni swojej gwiazdy ma relatywnie blisko, znajduje się poza ekosferą.
Warto przypomnieć, że wraz z odkryciem tej ostatniej planety ogłoszono również istnienie jeszcze jednej "super-Ziemi", oznaczonej jako Kepler-69c.
Jest to planeta o 70% większa od Ziemi. W przypadku takiego rozmiaru astronomowie nie mają jednak pewności co do składu, bowiem średnio 1,5 masy Ziemi stanowi granicę między planetami skalistymi a mini-Neptunami. Z tego względu Kepler-69c ma mniejsze szanse na bycie bliźniaczą Ziemią - choć obiega swoją gwiazdę w 242 dni i mieści się w ekosferze, w miejscu przypominającym położenie Wenus w Układzie Słonecznym. Z kolei gwiazda, którą obiega, ma jasność równą 80% jasności Słońca, a cały system planetarny znajduje się w odległości 2700 lat świetlnych od nas, w gwiazdozbiorze Łabędzia.
Gdy spojrzymy krytycznym okiem na wszystkie kandydatki na bliźniaczkę naszej Ziemi i odrzucimy planety za duże, zbyt niepewne albo krążące wokół niewłaściwego rodzaju gwiazdy, okaże się, że najlepszą jak dotąd pretendentką do tego miana jest właśnie nowo odkryty Kepler-452b.
