wszechświat
Autor: Marek Oramus | dodano: 2015-07-24
Wszędzie pełno planet

Fot. Chandra X-ray Observatory Center

Z prof. dr. hab. Maciejem Konackim, astrofizykiem, rozmawia Marek Oramus.

Obserwował Pan proces odkrywania planet pozasłonecznych od lat 90. W tej chwili znamy ich już ponad 4 tys. Czy nie czuje się Pan zawiedziony tym, jak one wyglądają?

Wręcz przeciwnie, jestem pozytywnie zaskoczony. Z tych 4 tys. potwierdzono dotychczas mniej więcej tysiąc, pozostałe to kandydatki z teleskopu Keplera, ale nie ma na razie stuprocentowych dowodów, że to planety. Pomiary pozwalają stwierdzić, że przed tarczą gwiazdy przebiega coś o małych rozmiarach, ale mierzenie prędkości niezbędnych do policzenia mas jest bardzo trudne, bo gwiazdy z Keplera mają bardzo małą jasność.

Ale myśmy po cichu liczyli na to, że układy pozasłoneczne będą podobne do naszego. Nawet Wolszczan, gdy odkrył planety wokół pulsara i zobaczył, że proporcje ich odległości odpowiadają tym dla Merkurego, Wenus i Ziemi, powiedział nieostrożnie, że mamy przepis na układ planetarny. To się nie potwierdziło.

Większość odkryć to rzeczy nowe, ale przynajmniej jedna rzecz została teoretycznie przewidziana wcześniej: migracja dużych planet w dysku protoplanetarnym. Ktoś na to już wpadł. Ale zgoda: wygląd tych układów poniekąd nas zaskoczył. Za bardzo optymistyczny uważam fakt, że szacunki liczby planet w ekosferach w Galaktyce idą od paru miliardów do kilkudziesięciu miliardów. To znaczy, że planety są dosłownie wszędzie, że w Galaktyce jest ich więcej niż gwiazd i że większość gwiazd ma po kilka planet.

Jest Pan specjalistą od układów gwiazd wielokrotnych; czytałem, że znalazł Pan planetę w układzie potrójnym. Jakim cudem w tak skomplikowanych warunkach, jakie tam panują, dochodzi do powstawania i utrzymywania się planet?

Muszę sprostować: nie udało się potwierdzić istnienia tej planety i sądzę, że raczej jej tam nie ma. Natomiast kilka planet w układach wielokrotnych rzeczywiście znaleziono, krążących np. wokół układów podwójnych. Jest to sytuacja, kiedy para gwiazd krąży wokół wspólnego środka masy, a cały ten układ obiega w stosownej odległości ich wspólna planeta.

W układach wielokrotnych kluczowe jest m.in. to, jak dynamika gwiazd wpływa na dysk protoplanetarny. Jeżeli mamy dysk okołopodwójny, to te dwie gwiazdy będą „obcinały” go od wewnątrz. Jeżeli wystarczy materii w dysku, to planety się utworzą. Gdy mamy dwie gwiazdy, a dysk jest wokół jednej z nich, to grawitacja drugiej gwiazdy „obcina” go z zewnątrz. Jeśli reszta dysku jest wystarczająco zasobna w materię, to planety powstaną.

Warunki w układach wielokrotnych zależą od ich konfiguracji. Jeżeli dwie gwiazdy są położone daleko od siebie i każda z nich dysponuje własnym układem protoplanetarnym, to taki stan nie oznacza dla planet żadnej komplikacji. W ciasnym układzie podwójnym, gdzie gwiazdy obiegają się np. w dziesięć dni, okołopodwójny dysk protoplanetarny z dużego oddalenia „widzi” taki układ jako masę punktową o sumie mas tych dwóch gwiazd. Taki układ też będzie stabilny. Science fiction eksplorowała podobne układy przed astronomami: Solaris to wszak układ podwójny, podobnie jak Helikonia, gdzie planeta krąży po bardzo wydłużonej orbicie, a egzystujące tam istoty przeżywają krótkie lata i trwające dekadami wyniszczające zimy.

Jak wygląda układ, który Pan badał?

Jest odległy od nas o około 150 lat świetlnych, czyli znajduje się względnie blisko. Mamy tam dwie gwiazdy i trzecią, która je okrąża. Astronomowie taki układ nazywają hierarchicznym. Trudność obserwacyjna polegała na tym, że tego typu układ widziany z Ziemi nie jest punktowy, co doprowadziło do wytworzenia tzw. sygnału pseudoplanetarnego. Jak się zmieni technikę obserwacyjną, to ten sygnał znika. Po zmianie instrumentu wydaje się, że coś tam jednak jest, ale zarzuciłem te prace, bo zajmowały za dużo czasu.

Mówiło się też o planecie w najbliższym nam systemie Centaura.

To bardzo ciekawy układ potrójny, którego dwa składniki – Alfa Centauri A i Alfa Centauri B – tworzą układ podwójny. Po dalekiej orbicie okrąża je czerwony karzeł Proxima Centauri. Alfa Centauri A jest podobna do naszego Słońca, ale to wokół składnika B ma krążyć zgłoszona w 2012 r. planeta typu ziemskiego o masie 1,16 masy Ziemi. Znajduje się jednak za blisko swojej gwiazdy, bo tylko 6 mln km, by podejrzewać, że mogłaby stać się siedliskiem życia. Ale istnienie tej planety zostało zakwestionowane przez inną grupę.

Jeśli więc planety tworzą się i istnieją w trudnych warunkach, przy pulsarach, w układach wielokrotnych, to chyba istnieje astrofizyczna łatwość tworzenia się tych planet.

To chyba dobry trop, też tak uważam.

Mnie w nowo odkrywanych układach nie podobało się to, że wielkie planety krążyły szybko wokół swoich gwiazd po ciasnych orbitach i w porównaniu z Układem Słonecznym były ewidentnie nie na „swoich” miejscach. Nie mogły więc pełnić roli takiej jak Jowisz z Saturnem u nas, które ekspediowały gruz do Pasa Kuipera, czyściły Układ i czyniły go zdatniejszym do utworzenia życia.

Początkowo odkrywane wielkie planety krążące blisko gwiazd to po części konsekwencja tzw. efektu selekcji. Technika obserwacyjna preferowała wykrywanie masywnych planet krążących blisko gwiazd, o krótkich okresach orbitalnych. Kiedy zaczęliśmy rozszerzać pole obserwacji, a także poprawiać precyzję pomiarów, zaczęliśmy też odkrywać inne planety. Wiele układów różni się od tych z gorącymi jowiszami. Ale nawet te jowisze nie przekreślają szans na wytworzenie się planet w takim układzie. Planeta taka jak gorący jowisz musi powstać z dala od gwiazdy, a potem migruje w dysku protoplanetarnym w pobliże gwiazdy. Jest to złożone zjawisko; prawdopodobnie gdy taka wielka planeta zbliża się do swego słońca, utrudnia powstawanie mniejszych planet, jednak niekoniecznie całkowicie to uniemożliwia. Wiedzę o tym czerpiemy głównie z modelowania komputerowego, ale wyniki zależą od przyjętych założeń i mnóstwa różnych czynników technicznych, więc ja bym im do końca nie ufał. Podoba mi się powiedzenie jednego z astronomów, że jeżeli we Wszechświecie coś jest tylko ledwo prawdopodobne, to na pewno się wydarzy. Wszechświat dysponuje wielką liczbą prób i ma mnóstwo czasu. Nie wykluczałbym więc planet w ekosferach nawet w układach z gorącymi jowiszami.

Porozmawiajmy o układzie Wolszczana, który też Pan badał razem z prof. Wolszczanem. Składa się on z pulsara, trzech planet i czwartej, która krąży w dalszej odległości.

Tej czwartej też już nie ma. W 2005 r. przed konferencją w Aspen Wolszczanowi wydawało się, że coś tam może jest, mnie się wydawało jeszcze mniej, ale organizatorzy liczyli na tzw. niusa. To zostało wypuszczone, ale o ile wiem, Alex Wolszczan nigdy tego nie opublikował w czasopiśmie recenzowanym. Po kolejnych latach obserwacji okazało się, że to nie ­ planeta, tylko fluktuacje w gęstości elektronów na linii między pulsarem a Ziemią, które powodują zmiany w momencie przychodzenia pulsów radiowych. Od początku zresztą była to jedna z możliwych hipotez.

Skąd się biorą planety wokół pulsarów? Wolszczan miał wątpliwości, czy utworzyły się one najpierw i przetrwały wybuch supernowej, odarte z atmosfer i skorup, tak że zostały tylko same żelazne jądra, czy utworzyły się potem z materii pozostałej po wybuchu.

Nadal nie wiadomo, skąd się biorą planety pulsarowe. Powstało dużo hipotez tuż po odkryciu, ale ludzie zarzucili tę tematykę z prostego powodu: więcej takich planet, jakie krążą wokół PSR1257+12, nie znaleziono. Jest jeden jedyny układ tego typu. Cztery lata później Szwajcarzy Mayor i Queloz odkryli pierwszą wielką planetę wokół gwiazdy podobnej do Słońca i prace poszły w kierunku szukania planet wokół normalnych gwiazd. Poszukiwania planet wokół pulsarów nie są raczej kontynuowane, to zamknięty rozdział historii astronomii.

Czy rozrzut zaobserwowanych dotąd planet nie wynika stąd, że rodzą się one w warunkach chaosu panującego w dysku protoplanetarnym? Wpływa na ich powstanie tak wiele czynników o różnej intensywności, że efekt musi być właśnie taki? Podobno nawet blisko eksplodujące supernowe mają wpływ na planetogenezę.

Mnie nie zaskakuje różnorodność tych układów, ja bym się tego spodziewał. Nasz układ, do którego chcąc nie chcąc je przyrównujemy, jest dość specyficzny: orbity kołowe, duże planety daleko od Słońca, stabilne warunki… Z punktu widzenia życia wymarzone miejsce.

Czy zgadza się Pan z poglądem, że ewolucja materii w kosmosie prowadzi do wytworzenia życia? Czy jest to cel tej ewolucji, czy raczej efekt uboczny?

Mam podobnie obojętny stosunek emocjonalny do obu tych wariantów. Takie stawianie sprawy nie wygląda mi na naukowe, kryje się za nim wiara albo pogląd „­ filozoficzny”. Bardzo bym chciał, żeby zostały odkryte planety ziemiopodobne, żebyśmy ustalili skład chemiczny ich atmosfer, ewentualnie znaleźli tam ślady wskazujące na istnienie jakiegokolwiek życia – są to rzeczy uchwytne. Można wtedy stawiać hipotezy i je weryfikować, dążyć technologicznie, by takie pomiary udoskonalać. Gdyby odkryto planetę podobną do Ziemi, ze śladami życia, układ planetarny będący odbiciem naszego, konsekwencje bardzo by wykroczyły poza świat naukowy.

Więcej w miesięczniku „Wiedza i Życie" nr 08/2015 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
06/2020
05/2020
Kalendarium
Czerwiec
5
W 1866 r. według obliczeń Pluton osiągnął aphelium swojej orbity. Następne takie zdarzenie będzie miało miejsce w sierpniu 2113 roku.
Warto przeczytać
Co by było, gdyby twój poziom inteligencji okazał się wyższy, niż ci się wydaje? Czy w twojej głowie kryje się geniusz, który tylko czeka, żeby się ujawnić? A może chciałbyś zażyć pigułkę, która zwiększy twój potencjał intelektualny?

WSPÓŁPRACUJEMY
Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Marek Oramus | dodano: 2015-07-24
Wszędzie pełno planet

Fot. Chandra X-ray Observatory Center

Z prof. dr. hab. Maciejem Konackim, astrofizykiem, rozmawia Marek Oramus.

Obserwował Pan proces odkrywania planet pozasłonecznych od lat 90. W tej chwili znamy ich już ponad 4 tys. Czy nie czuje się Pan zawiedziony tym, jak one wyglądają?

Wręcz przeciwnie, jestem pozytywnie zaskoczony. Z tych 4 tys. potwierdzono dotychczas mniej więcej tysiąc, pozostałe to kandydatki z teleskopu Keplera, ale nie ma na razie stuprocentowych dowodów, że to planety. Pomiary pozwalają stwierdzić, że przed tarczą gwiazdy przebiega coś o małych rozmiarach, ale mierzenie prędkości niezbędnych do policzenia mas jest bardzo trudne, bo gwiazdy z Keplera mają bardzo małą jasność.

Ale myśmy po cichu liczyli na to, że układy pozasłoneczne będą podobne do naszego. Nawet Wolszczan, gdy odkrył planety wokół pulsara i zobaczył, że proporcje ich odległości odpowiadają tym dla Merkurego, Wenus i Ziemi, powiedział nieostrożnie, że mamy przepis na układ planetarny. To się nie potwierdziło.

Większość odkryć to rzeczy nowe, ale przynajmniej jedna rzecz została teoretycznie przewidziana wcześniej: migracja dużych planet w dysku protoplanetarnym. Ktoś na to już wpadł. Ale zgoda: wygląd tych układów poniekąd nas zaskoczył. Za bardzo optymistyczny uważam fakt, że szacunki liczby planet w ekosferach w Galaktyce idą od paru miliardów do kilkudziesięciu miliardów. To znaczy, że planety są dosłownie wszędzie, że w Galaktyce jest ich więcej niż gwiazd i że większość gwiazd ma po kilka planet.

Jest Pan specjalistą od układów gwiazd wielokrotnych; czytałem, że znalazł Pan planetę w układzie potrójnym. Jakim cudem w tak skomplikowanych warunkach, jakie tam panują, dochodzi do powstawania i utrzymywania się planet?

Muszę sprostować: nie udało się potwierdzić istnienia tej planety i sądzę, że raczej jej tam nie ma. Natomiast kilka planet w układach wielokrotnych rzeczywiście znaleziono, krążących np. wokół układów podwójnych. Jest to sytuacja, kiedy para gwiazd krąży wokół wspólnego środka masy, a cały ten układ obiega w stosownej odległości ich wspólna planeta.

W układach wielokrotnych kluczowe jest m.in. to, jak dynamika gwiazd wpływa na dysk protoplanetarny. Jeżeli mamy dysk okołopodwójny, to te dwie gwiazdy będą „obcinały” go od wewnątrz. Jeżeli wystarczy materii w dysku, to planety się utworzą. Gdy mamy dwie gwiazdy, a dysk jest wokół jednej z nich, to grawitacja drugiej gwiazdy „obcina” go z zewnątrz. Jeśli reszta dysku jest wystarczająco zasobna w materię, to planety powstaną.

Warunki w układach wielokrotnych zależą od ich konfiguracji. Jeżeli dwie gwiazdy są położone daleko od siebie i każda z nich dysponuje własnym układem protoplanetarnym, to taki stan nie oznacza dla planet żadnej komplikacji. W ciasnym układzie podwójnym, gdzie gwiazdy obiegają się np. w dziesięć dni, okołopodwójny dysk protoplanetarny z dużego oddalenia „widzi” taki układ jako masę punktową o sumie mas tych dwóch gwiazd. Taki układ też będzie stabilny. Science fiction eksplorowała podobne układy przed astronomami: Solaris to wszak układ podwójny, podobnie jak Helikonia, gdzie planeta krąży po bardzo wydłużonej orbicie, a egzystujące tam istoty przeżywają krótkie lata i trwające dekadami wyniszczające zimy.

Jak wygląda układ, który Pan badał?

Jest odległy od nas o około 150 lat świetlnych, czyli znajduje się względnie blisko. Mamy tam dwie gwiazdy i trzecią, która je okrąża. Astronomowie taki układ nazywają hierarchicznym. Trudność obserwacyjna polegała na tym, że tego typu układ widziany z Ziemi nie jest punktowy, co doprowadziło do wytworzenia tzw. sygnału pseudoplanetarnego. Jak się zmieni technikę obserwacyjną, to ten sygnał znika. Po zmianie instrumentu wydaje się, że coś tam jednak jest, ale zarzuciłem te prace, bo zajmowały za dużo czasu.

Mówiło się też o planecie w najbliższym nam systemie Centaura.

To bardzo ciekawy układ potrójny, którego dwa składniki – Alfa Centauri A i Alfa Centauri B – tworzą układ podwójny. Po dalekiej orbicie okrąża je czerwony karzeł Proxima Centauri. Alfa Centauri A jest podobna do naszego Słońca, ale to wokół składnika B ma krążyć zgłoszona w 2012 r. planeta typu ziemskiego o masie 1,16 masy Ziemi. Znajduje się jednak za blisko swojej gwiazdy, bo tylko 6 mln km, by podejrzewać, że mogłaby stać się siedliskiem życia. Ale istnienie tej planety zostało zakwestionowane przez inną grupę.

Jeśli więc planety tworzą się i istnieją w trudnych warunkach, przy pulsarach, w układach wielokrotnych, to chyba istnieje astrofizyczna łatwość tworzenia się tych planet.

To chyba dobry trop, też tak uważam.

Mnie w nowo odkrywanych układach nie podobało się to, że wielkie planety krążyły szybko wokół swoich gwiazd po ciasnych orbitach i w porównaniu z Układem Słonecznym były ewidentnie nie na „swoich” miejscach. Nie mogły więc pełnić roli takiej jak Jowisz z Saturnem u nas, które ekspediowały gruz do Pasa Kuipera, czyściły Układ i czyniły go zdatniejszym do utworzenia życia.

Początkowo odkrywane wielkie planety krążące blisko gwiazd to po części konsekwencja tzw. efektu selekcji. Technika obserwacyjna preferowała wykrywanie masywnych planet krążących blisko gwiazd, o krótkich okresach orbitalnych. Kiedy zaczęliśmy rozszerzać pole obserwacji, a także poprawiać precyzję pomiarów, zaczęliśmy też odkrywać inne planety. Wiele układów różni się od tych z gorącymi jowiszami. Ale nawet te jowisze nie przekreślają szans na wytworzenie się planet w takim układzie. Planeta taka jak gorący jowisz musi powstać z dala od gwiazdy, a potem migruje w dysku protoplanetarnym w pobliże gwiazdy. Jest to złożone zjawisko; prawdopodobnie gdy taka wielka planeta zbliża się do swego słońca, utrudnia powstawanie mniejszych planet, jednak niekoniecznie całkowicie to uniemożliwia. Wiedzę o tym czerpiemy głównie z modelowania komputerowego, ale wyniki zależą od przyjętych założeń i mnóstwa różnych czynników technicznych, więc ja bym im do końca nie ufał. Podoba mi się powiedzenie jednego z astronomów, że jeżeli we Wszechświecie coś jest tylko ledwo prawdopodobne, to na pewno się wydarzy. Wszechświat dysponuje wielką liczbą prób i ma mnóstwo czasu. Nie wykluczałbym więc planet w ekosferach nawet w układach z gorącymi jowiszami.

Porozmawiajmy o układzie Wolszczana, który też Pan badał razem z prof. Wolszczanem. Składa się on z pulsara, trzech planet i czwartej, która krąży w dalszej odległości.

Tej czwartej też już nie ma. W 2005 r. przed konferencją w Aspen Wolszczanowi wydawało się, że coś tam może jest, mnie się wydawało jeszcze mniej, ale organizatorzy liczyli na tzw. niusa. To zostało wypuszczone, ale o ile wiem, Alex Wolszczan nigdy tego nie opublikował w czasopiśmie recenzowanym. Po kolejnych latach obserwacji okazało się, że to nie ­ planeta, tylko fluktuacje w gęstości elektronów na linii między pulsarem a Ziemią, które powodują zmiany w momencie przychodzenia pulsów radiowych. Od początku zresztą była to jedna z możliwych hipotez.

Skąd się biorą planety wokół pulsarów? Wolszczan miał wątpliwości, czy utworzyły się one najpierw i przetrwały wybuch supernowej, odarte z atmosfer i skorup, tak że zostały tylko same żelazne jądra, czy utworzyły się potem z materii pozostałej po wybuchu.

Nadal nie wiadomo, skąd się biorą planety pulsarowe. Powstało dużo hipotez tuż po odkryciu, ale ludzie zarzucili tę tematykę z prostego powodu: więcej takich planet, jakie krążą wokół PSR1257+12, nie znaleziono. Jest jeden jedyny układ tego typu. Cztery lata później Szwajcarzy Mayor i Queloz odkryli pierwszą wielką planetę wokół gwiazdy podobnej do Słońca i prace poszły w kierunku szukania planet wokół normalnych gwiazd. Poszukiwania planet wokół pulsarów nie są raczej kontynuowane, to zamknięty rozdział historii astronomii.

Czy rozrzut zaobserwowanych dotąd planet nie wynika stąd, że rodzą się one w warunkach chaosu panującego w dysku protoplanetarnym? Wpływa na ich powstanie tak wiele czynników o różnej intensywności, że efekt musi być właśnie taki? Podobno nawet blisko eksplodujące supernowe mają wpływ na planetogenezę.

Mnie nie zaskakuje różnorodność tych układów, ja bym się tego spodziewał. Nasz układ, do którego chcąc nie chcąc je przyrównujemy, jest dość specyficzny: orbity kołowe, duże planety daleko od Słońca, stabilne warunki… Z punktu widzenia życia wymarzone miejsce.

Czy zgadza się Pan z poglądem, że ewolucja materii w kosmosie prowadzi do wytworzenia życia? Czy jest to cel tej ewolucji, czy raczej efekt uboczny?

Mam podobnie obojętny stosunek emocjonalny do obu tych wariantów. Takie stawianie sprawy nie wygląda mi na naukowe, kryje się za nim wiara albo pogląd „­ filozoficzny”. Bardzo bym chciał, żeby zostały odkryte planety ziemiopodobne, żebyśmy ustalili skład chemiczny ich atmosfer, ewentualnie znaleźli tam ślady wskazujące na istnienie jakiegokolwiek życia – są to rzeczy uchwytne. Można wtedy stawiać hipotezy i je weryfikować, dążyć technologicznie, by takie pomiary udoskonalać. Gdyby odkryto planetę podobną do Ziemi, ze śladami życia, układ planetarny będący odbiciem naszego, konsekwencje bardzo by wykroczyły poza świat naukowy.