Seit dem ersten Exoplanet Vor einer Generation entdeckt wurde, haben Astronomen gelernt, mit dem Unerwarteten zu rechnen. Seit über zwanzig Jahren wird eine fantastische Schatzkammer seltsamer Wunderwelten entdeckt. Tatsächlich sind einige dieser sehr fremden Planeten, die Sterne jenseits unserer Sonne umkreisen, so bizarr, dass Astronomen nie gedacht hätten, dass so etwas im Kosmos wirklich existieren könnte – bis sie entdeckt wurden. Abgesehen von seltsamen fernen Welten besteht der Heilige Gral der Planeten jagenden Astronomen seit langem darin, Welten zu finden, die eher ihrer Heimat ähneln. Im Januar 2020 gaben Astronomen die Entdeckung eines so lange gesuchten Planeten bekannt – den ersten, den die NASA entdeckt hatte Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Der ferne erdgroße Planet befindet sich bequem in der Nähe seines Sterns bewohnbare Zone Der bewohnbare Zone eines Sterns ist der „Goldlöckchen“-Entfernungsbereich, in dem die Bedingungen nicht zu heiß und nicht zu kalt sind, sondern „genau richtig“, damit sich flüssiges Wasser an der Oberfläche ansammelt. Wo flüssiges Wasser vorhanden ist, kann auch Leben, wie wir es kennen, existieren.
Die erdähnliche Welt, benannt TOI-700 dumkreist einen kleinen roten Zwergstern namens TOI-700, Das ist nur 101,4 Lichtjahre entfernt Dorado Konstellation. Dieser Stern ist der hellste bekannte Sternwirt eines Transits bewohnbare Zone, Erdgroße Welt. Das Akronym „TOI“ bezieht sich auf Sterne und Exoplaneten, die von untersucht wurden TESS. Der rote Zwergstern, TOI-700ist von der Spektralklasse M, und es beträgt 40 % der Masse, 40 % des Radius und 50 % der Temperatur unserer Sonne. Der helle Stern weist auch geringe Sternaktivität auf. Rote Zwerge sind die kleinsten – und zugleich am häufigsten vorkommenden – echten Kernfusionssterne in unserer Milchstraße. Weil sie so klein und cool sind, können sie „leben“. Billionen von Jahren. Im Gegensatz dazu kann unsere etwas größere Sonne nur 10 Jahre lang „leben“. Milliarde Jahre. Sehr massereiche Sterne können nur Millionen von Jahren „leben“, weil ihre große Hitze dazu führt, dass sie ihren Kernbrennstoffvorrat schneller verbrennen als ihre kleineren stellaren Verwandten. Je größer der Stern, desto kürzer ist sein „Leben“.
Die erste wissenschaftliche Entdeckung eines Exoplaneten erfolgte im Jahr 1988. Danach erfolgte die erste validierte Entdeckung im Jahr 1992 mit der Entdeckung mehrerer Planeten mit terrestrischer Masse, die den Pulsar umkreisen PSR B1257+12. Ein Pulsar ist der Überrest eines massereichen Sterns, der sein „Leben“ durch eine Supernova-Explosion mit Kernkollaps (Typ II) beendet hat. Pulsare sind junge Neutronensterne, die bei ihrer Entstehung schnell und mit einer Regelmäßigkeit rotieren, die häufig mit einem Leuchtturm auf der Erde verglichen wird. Es handelt sich um stadtgroße Objekte, die so dicht sind, dass ein Teelöffel voll ihres Materials so viel wiegen kann wie eine donnernde Herde Wildpferde. Tatsächlich sind diese kleinen Neutronensterne ein riesiger Atomkern. Ein Pulsar war eines der letzten Sternobjekte, von denen Astronomen glaubten, dass sie eine Familie von Planeten beherbergen würden – bis sie entdeckt wurden. Die Pulsarplaneten waren die ersten einer langen Reihe seltsamer Exoplanetenentdeckungen. Es handelt sich um feindselige kleine Welten, die gnadenlos mit den tödlichen Strahlungsstrahlen ihres Mutterpulsars überschüttet werden.
Die erste Bestätigung eines Exoplaneten, der einen „normalen“ wasserstoffbrennenden Stern wie unsere Sonne umkreist, erfolgte 1995. Diese neue Entdeckung erwies sich auch als überraschender Sonderling – ein riesiger Planet, der schnell und nahe um seinen glühend heißen Stern kreist Elternteil. Der Planet, 51 Pegasus gebbefindet sich in einer viertägigen Umlaufbahn um seinen Stern, 51 Pegasus. Wie sich herausstellte, war dieser große planetarische „Röster“ der erste einer neuen und unvorhergesehenen Klasse von Exoplaneten –heiße Jupiter–entdeckt zu werden. Seit 51 Peg b’s Entdeckung, viele andere dieser bizarren Art wurden in der Umlaufbahn um Sterne jenseits unserer Sonne beobachtet.
Einige Exoplaneten wurden direkt von Teleskopen abgebildet. Die überwiegende Mehrheit wurde jedoch über indirekte Methoden wie die entdeckt Transitmethode, wobei ein Planet vor der grellen Fläche seines Muttersterns schwebt. Eine weitere indirekte Methode – die Radialgeschwindigkeit Methode – hängt von der Erkennung eines winzigen Wackelns ab, das ein umlaufender Planet auf seinem Stern auslöst. Beide Transitmethode und das Radialgeschwindigkeitsmethode befürworten die Entdeckung massereicher Planeten, die sich in der Nähe ihres sengend heißen, feurigen Muttersterns befinden – statt kleinerer erdähnlicher Welten, die ihren Stern in größerer – und bequemerer – Entfernung umkreisen.
Zum 1. Januar 2020 gibt es 4.160 bestätigte Exoplaneten in 3.090 Systemen, wobei 676 Systeme mehr als einen einzelnen Planeten beherbergen.
TOI-700 d
Astronomen bestätigten TESSs Entdeckung von TOI-700 d mit dem Infrarot der NASA Spitzer-Weltraumteleskopund sie haben Computermodelle der potenziellen Umgebungen des Planeten erstellt, um als Grundlage für zukünftige Missionen zu dienen.
TOI-700 d zeichnet sich dadurch aus, dass er einer der wenigen erdgroßen Planeten ist, von denen bisher entdeckt wurde, dass sie sich innerhalb der bewohnbaren Umlaufbahn ihres Muttersterns befinden Goldlöckchen Zone. Andere umfassen mehrere Planeten, die darin leben TRAPPIST-1 System sowie einige andere entfernte Welten, die von der NASA entdeckt wurden Kepler-Weltraumteleskop.
“TESS wurde speziell entwickelt und gestartet, um erdgroße Planeten zu finden, die nahegelegene Sterne umkreisen. Planeten um nahegelegene Sterne lassen sich am einfachsten mit Zielteleskopen im Weltraum und auf der Erde verfolgen. Entdecken TOI-700 d ist eine wichtige wissenschaftliche Erkenntnis für TESS. Bestätigen der Größe des Planeten und des Status der bewohnbaren Zone mit Spitzer ist ein weiterer Sieg für Spitzer da es sich dem Ende des wissenschaftlichen Betriebs im Januar dieses Jahres nähert“, erklärte Dr. Paul Hertz in einer NASA-Ansprache vom 6. Januar 2020 Pressemitteilung des Jet Propulsion Laboratory (JPL). Dr. Hertz ist Astrophysikdirektor am NASA-Hauptquartier in Washington. Der JPL ist in Pasadena, Kalifornien.
TESS überwacht große Teile des Himmels, die als bezeichnet werden Abschnitte, 27 Tage am Stück. Dieser kontinuierliche, lange Blick ermöglicht es dem Satelliten, aus unserer Sicht Veränderungen in der Sternhelligkeit zu erkennen, die durch einen umlaufenden Planeten verursacht werden, der vor der grellen Oberfläche seines Sterns schwebt (Transit). Astronomen entdeckten mehrere Transite von TOI-700 Trio von Planeten.
TOI-700 wurde ursprünglich in der falsch klassifiziert TESS Laut unserer Datenbank handelt es sich um einen Stern, der unserer eigenen Sonne ähnlicher ist, als um den kleineren, kühleren Roten Zwergstern, als den er sich herausstellte. Das bedeutet, dass das umkreisende Planetentrio zunächst größer und heißer schien, als es tatsächlich ist. Mehrere Forscher, darunter Alton Spencer, ein High-School-Schüler, der mit Mitgliedern der TESS Team, entdeckte den Fehler.
„Als wir die Parameter des Sterns korrigierten, verringerte sich die Größe der Planeten und wir stellten fest, dass der äußerste Planet etwa die Größe der Erde hatte und im… bewohnbare Zone. Darüber hinaus haben wir in den elfmonatigen Daten keine Ausbrüche des Sterns gesehen, was die Chancen erhöht TOI-700 d ist bewohnbar und erleichtert die Modellierung seiner atmosphärischen und Oberflächenbedingungen“, bemerkte Emily Gilbert am 6. Januar 2020 JPL-Pressemitteilung. Gilbert ist Doktorand an der University of Chicago.
Frau Gilbert und andere Wissenschaftler präsentierten die Ergebnisse auf dem 235. Treffen der American Astronomical Society (AAS), das im Januar 2020 in Honolulu, Hawaii, stattfand. Drei Artikel, in denen die neuen Erkenntnisse beschrieben wurden – einer davon wurde von Frau Gilbert geleitet – wurden veröffentlicht in wissenschaftlichen Fachzeitschriften eingereicht wurden.
Der innerste Teil des Planetentrios, genannt TOI-700b, hat fast genau die gleiche Größe wie die Erde. Es handelt sich wahrscheinlich um eine felsige Welt, die alle 10 Tage eine Umlaufbahn durchläuft. Der mittlere Planet, benannt TOI-700 cist 2,6-mal größer als die Erde – zwischen der Größe der Erde und Neptuns. TOI-700 c umkreist seinen Mutterstern alle 16 Tage und ist wahrscheinlich eine gasförmige Welt. TOI-700 dder äußerste bekannte Planet, der das System bewohnt, und der einzige, der sich in den Goldlöckchen befindet bewohnbare Zoneist 20 % größer als die Erde und umkreist seinen Stern alle 37 Tage. TOI-700 d Er erhält 86 % der Energie von seinem Mutterstern, die die Sonne der Erde liefert. Es wird angenommen, dass alle drei Planeten durch Gezeiten an ihren Stern gebunden sind. Das heißt, sie rotieren einmal pro Umlauf, sodass eine Seite ständig in der Helligkeit des Tageslichts sonnt.
Ein Team von Astronomen unter der Leitung von Dr. Joseph Rodriguez, einem Astronomen am Harvard-Smithsonian Zentrum für Astrophysik (CfA)in Cambridge, Massachusetts, bat um weitere Beobachtungen mit Spitzer bestätigen TOI-700 d.
„Angesichts der Auswirkungen dieser Entdeckung – dass es so ist TESSs Erste bewohnbare Zone Ein erdgroßer Planet – wir wollten wirklich, dass unser Verständnis dieses Systems so konkret wie möglich ist. Spitzer gesehen TOI-700 D Transit genau dann, wenn wir es erwartet hatten. Es ist eine großartige Ergänzung zum Erbe einer Mission, die dazu beigetragen hat, zwei davon zu bestätigen TRAPPIST-1 Planeten und identifizieren fünf weitere“, kommentierte Dr. Rodriguez am 6. Januar 2020 JPL-Pressemitteilung.
Der Spitzer Daten stärkten das Vertrauen der Astronomen SIE 700 d ist wirklich ein Planet und hat auch seine Messungen seiner Umlaufzeit um 56 % und seiner Größe um 36 % genauer gemacht. Darüber hinaus wurden andere mögliche astrophysikalische Quellen ausgeschlossen Transit Signal, wie zum Beispiel die Existenz eines kleineren, schwächeren Begleitsterns, der im System lauert.
Dr. Rodriguez und sein Team nutzten auch Folgebeobachtungen, die mit einem bodengestützten 1-Meter-Teleskop auf der ganzen Welt durchgeführt wurden Observatorium Las Cumbres Netzwerk, um das Vertrauen der Astronomen in die Umlaufzeit und Größe von zu verbessern TOI-700 c um 30 % bzw. 36 %.
Weil TOI-700 zeigt keine Anzeichen von Sternfackeln, ist hell und in der Nähe ist das System ein Hauptziel für genaue Massenmessungen durch derzeit verfügbare bodengestützte Observatorien. Diese Messungen könnten möglicherweise die Schätzungen der Astronomen bestätigen, dass die inneren und äußeren Planeten, die diesen kleinen Roten Zwerg umkreisen, aus Gestein bestehen und dass der mittlere Planet aus Gas besteht.
Zukünftige Missionen könnten in der Lage sein, festzustellen, ob das Planetentrio Atmosphären hat – und wenn ja, sogar in der Lage zu sein, ihre Zusammensetzung zu identifizieren.
Auch wenn die genauen Bedingungen auf TOI-700 D Sind derzeit unbekannt, können Astronomen die derzeit verfügbaren Informationen nutzen, um Modelle zu erstellen und Vorhersagen zu treffen. Die jetzt verfügbaren Informationen geben sowohl Aufschluss über die Größe als auch über die Art des Sterns, den er umkreist. Astronomen bei der NASA Goddard Space Flight Center (GSFC) in Greenbelt, Maryland, erstellte Modelle von 20 potenziellen Umgebungen TOI-700 D um festzustellen, ob eine Version zu Oberflächentemperaturen und -drücken führen würde, die sie bewohnbar machen würden.
Ihre 3D-Klimamodelle untersuchten eine Vielzahl atmosphärischer Zusammensetzungen und Oberflächentypen, die normalerweise mit Welten in Verbindung gebracht werden, die Wissenschaftler als potenziell bewohnbare Welten betrachten. Weil TOI-700 d Da der Planet durch die Gezeiten an seinen Mutterstern gekoppelt ist, können sich die Windmuster und Wolkenformationen des Planeten stark von denen auf unserem eigenen Planeten unterscheiden.
Eine Simulation umfasste einen vom Ozean bedeckten Ort TOI-700 d. Dieses Modell beinhaltete auch eine dichte, von Kohlendioxid dominierte Atmosphäre für diesen fernen Planeten. Diese Art von Atmosphäre ähnelt derjenigen, von der viele Wissenschaftler vermuten, dass sie den Mars umgab, als er jung war. Die Modellatmosphäre weist auch auf der dem Stern zugewandten Seite eine tiefe Wolkenschicht auf. Ein anderes Model porträtiert TOI-700 d Als wolkenlose Welt ist das eine reine Landversion der Erde. Auf dieser Art von Welt strömen die Winde von der Nachtseite des Planeten weg und konvergieren dann an dem Punkt, der direkt dem Glanz des Muttersterns zugewandt ist.
Wenn Sternenlicht durch die Atmosphäre eines Planeten strömt, tanzt es mit Molekülen wie Kohlendioxid und Stickstoff und erzeugt so unterschiedliche Signale. Diese Signale werden als bezeichnet Spektrallinien. Das Team von Modellierungswissenschaftlern unter der Leitung von Dr. Gabrielle Englemann-Suissa, a Universitäts-Weltraumforschungsvereinigung Gastwissenschaftler bei Goddard, erstellte simulierte Spektren für die 20 modellierten Versionen von TOI-700 d.
„Eines Tages, wenn wir echte Spektren haben TOI-700 d, können wir zurückverfolgen und das dann einem Modell zuordnen. „Es ist spannend, denn egal, was wir über den Planeten herausfinden, er wird völlig anders aussehen als das, was wir hier auf der Erde haben“, sagte Dr. Englemann-Suissa am 6. Januar 2020 der Presse.