astrologie | Svět2000

Při hledání mimozemského života budou astronomové hledat stopy v atmosférách vzdálených planet, a vesmírný teleskop Jamese Webba právě dokázal, že je to možné

20. 8. 2022 Adam Walko 5 min read 554 Zobrazení astrologie, exoplanety, mimozemský život, vědci, vesmír, Webb

Ingredience pro život jsou rozšířeny po celém vesmíru. Zatímco Země je jediným známým místem ve vesmíru s životem, odhalení života mimo Zemi je hlavním cílem moderní astronomie a planetární vědy, napsal server theconversation.com.

Jsme dva vědci, kteří studují exoplanety a astrobiologii. Z velké části díky dalekohledům nové generace, jako je James Webb, budou výzkumníci jako my brzy schopni měřit chemické složení atmosfér planet kolem jiných hvězd. Doufáme, že jedna nebo více těchto planet bude mít chemický podpis života.

Obyvatelné exoplanety

Život může existovat ve sluneční soustavě, kde je kapalná voda, jako podpovrchové vodonosné vrstvy na Marsu nebo v oceánech Jupiterova měsíce Europa. Hledání života v těchto místech je však neuvěřitelně obtížné, protože jsou těžko dostupná a odhalení života by vyžadovalo odeslání sondy, která by vrátila fyzické vzorky.

Mnoho astronomů věří, že existuje velká šance, že na planetách obíhajících kolem jiných hvězd existuje život, a je možné, že právě tam bude život poprvé nalezen.

Teoretické výpočty naznačují, že v samotné galaxii Mléčné dráhy je kolem 300 milionů potenciálně obyvatelných planet a několik obyvatelných planet velikosti Země ve vzdálenosti pouhých 30 světelných let od Země. Jsou to v podstatě galaktičtí sousedé lidstva. Dosud astronomové objevili přes 5 000 exoplanet, včetně stovek potenciálně obyvatelných, pomocí nepřímých metod, které měří, jak planeta ovlivňuje svou blízkou hvězdu. Tato měření mohou astronomům poskytnout informace o hmotnosti a velikosti exoplanety, ale nic jiného.

Hledání biologických podpisů

K detekci života na vzdálené planetě budou astrobiologové studovat světlo hvězd, které interagovalo s povrchem nebo atmosférou planety. Pokud byla atmosféra nebo povrch přeměněn životem, světlo může nést stopu, nazývanou „biosignatura“.

První polovinu své existence měla Země atmosféru bez kyslíku, i když na ní byl jednoduchý, jednobuněčný život. Biosignatura Země byla během této rané éry velmi slabá. To se náhle změnilo před 2,4 miliardami let, kdy se vyvinula nová rodina řas. Řasy využívaly proces fotosyntézy, který produkuje volný kyslík. Kyslík, který není chemicky vázán na žádný jiný prvek. Od té doby zemská atmosféra plná kyslíku zanechala silný a snadno zjistitelný biologický podpis na světle, které jí prochází.

Když se světlo odrazí od povrchu materiálu nebo prochází plynem, určité vlnové délky světla pravděpodobně zůstanou zachyceny v plynu nebo povrchu materiálu než jiné. Toto selektivní zachycení vlnových délek světla je důvodem, proč mají objekty různé barvy. Listy jsou zelené, protože chlorofyl je zvláště dobrý při absorpci světla v červené a modré vlnové délce. Když světlo dopadá na list, červené a modré vlnové délky jsou absorbovány, takže většinou zelené světlo se odrazí zpět do vašich očí.

Vzor chybějícího světla je určen specifickým složením materiálu, se kterým světlo interaguje. Díky tomu se astronomové mohou dozvědět něco o složení atmosféry nebo povrchu exoplanet tím, že v podstatě změří konkrétní barvu světla, které z planety pochází.

Tuto metodu lze použít k rozpoznání přítomnosti určitých atmosférických plynů, které jsou spojeny se životem, jako je kyslík nebo metan, protože tyto plyny zanechávají na světle velmi specifické znaky. Dalo by se také použít k detekci zvláštních barev na povrchu planety. Na Zemi například chlorofyl a další pigmenty používané rostlinami a řasami pro fotosyntézu zachycují specifické vlnové délky světla. Tyto pigmenty produkují charakteristické barvy , které lze detekovat pomocí citlivé infračervené kamery. Pokud byste viděli tuto barvu odrážející se od povrchu vzdálené planety, potenciálně by to znamenalo přítomnost chlorofylu.

Dalekohledy ve vesmíru a na Zemi

Vesmírný dalekohled Jamese Webba je prvním dalekohledem, který dokáže detekovat chemické podpisy z exoplanet, ale jeho možnosti jsou omezené.

Detekce těchto jemných změn světla přicházejícího z potenciálně obyvatelné exoplanety vyžaduje neuvěřitelně výkonný dalekohled. V současnosti je jediným dalekohledem, který je schopen takového výkonu, nový vesmírný dalekohled Jamese Webba. Když v červenci 2022 zahájila vědecké operace, James Webb provedl čtení spektra plynné obří exoplanety WASP-96b. Spektrum ukázalo přítomnost vody a mraků, ale planeta tak velká a horká jako WASP-96b pravděpodobně nebude hostitelem života.

Tato časná data však ukazují, že James Webb je schopen detekovat slabé chemické podpisy ve světle pocházejícím z exoplanet. V nadcházejících měsících má Webb natočit svá zrcadla směrem k TRAPPIST-1e, potenciálně obyvatelné planetě velikosti Země vzdálené pouhých 39 světelných let od Země.

Webb může hledat biologické podpisy studiem planet, které procházejí před svými hostitelskými hvězdami, a zachycováním světla hvězd, které proniká atmosférou planety. Webb ale nebyl navržen tak, aby hledal život, takže dalekohled je schopen zkoumat pouze několik nejbližších potenciálně obyvatelných světů. Může také detekovat pouze změny atmosférických hladin oxidu uhličitého, metanu a vodní páry. Zatímco určité kombinace těchto plynů mohou naznačovat život, Webb není schopen detekovat přítomnost nevázaného kyslíku, což je nejsilnější signál pro život.

Mezi přední koncepty budoucích, ještě výkonnějších vesmírných teleskopů patří plány na blokování jasného světla hostitelské hvězdy planety, aby se odhalilo světlo hvězd odražené zpět od planety. Tato myšlenka je podobná použití ruky k zablokování slunečního světla, abyste lépe viděli něco v dálce. Budoucí vesmírné teleskopy by k tomu mohly používat malé vnitřní masky nebo velké vnější kosmické lodě podobné deštníkům. Jakmile je světlo hvězd zablokováno, je mnohem snazší studovat světlo odrážející se od planety.

V současné době jsou také ve výstavbě tři obrovské pozemské dalekohledy, které budou schopny vyhledávat biologické podpisy: Giant Magellen Telescope, Thirty Meter Telescope a European Extremely Large Telescope. Každý z nich je mnohem výkonnější než existující dalekohledy na Zemi a navzdory handicapu, že zemská atmosféra zkresluje světlo hvězd, mohou být tyto dalekohledy schopny sondovat v atmosférách nejbližších světů kyslík.

Je to biologie nebo geologie?

I pomocí nejvýkonnějších dalekohledů nadcházejících desetiletí budou astrobiologové schopni detekovat pouze silné biologické podpisy vytvořené světy, které byly zcela transformovány životem.

Bohužel většina plynů uvolněných pozemským životem může být také produkována nebiologickými procesy – krávy i sopky uvolňují metan. Fotosyntéza produkuje kyslík, ale také sluneční světlo, když štěpí molekuly vody na kyslík a vodík. Je velká šance, že astronomové při hledání vzdáleného života odhalí nějaké falešně pozitivní nálezy. Aby astronomové pomohli vyloučit falešně pozitivní výsledky, budou muset porozumět planetě, která je zajímá, dostatečně dobře, aby pochopili, zda její geologické nebo atmosférické procesy mohou napodobovat biologický podpis.

Nová generace studií exoplanet má potenciál překonat laťku mimořádných důkazů potřebných k prokázání existence života. První zveřejnění dat z vesmírného dalekohledu Jamese Webba nám dává tušit vzrušující pokrok, který brzy přijde.

Zdroj: theconversation

Jak astronomové určují hmotnost hvězd? Je to komplikované

20. 6. 2022 Adam Walko 5 min read 362 Zobrazení astrologie, hmotnost hvězd, hvězdy

Nové

Téměř vše ve vesmíru má hmotnost. Od atomů a subatomárních částic, jako jsou ty, které studoval Velký hadronový urychlovač, až po obří kupy galaxií. Jediné, o čem vědci zatím vědí, že nemají hmotnost, jsou fotony a gluony. Je důležité znát hmotnost. Ale objekty na obloze jsou příliš vzdálené. Nemůžeme se jich dotýkat a rozhodně je nemůžeme vážit konvenčními prostředky. Jak tedy astronomové určují hmotnost věcí ve vesmíru? Je to komplikované, napsal server thoughtco.com.

Hvězdy a mlhoviny

Předpokládejme, že typická hvězda je docela hmotná. Je obecně mnohem větší než typická planeta. Proč se starat o jejich hmotnost? Tyto informace je důležité znát, protože odhalují vodítka o evoluční minulosti, současnosti a budoucnosti hvězdy.

Astronomové mohou k určení hmotnosti hvězdy použít několik nepřímých metod. Jedna metoda, nazývaná gravitační čočka, měří dráhu světla, které je ohnuto gravitační silou blízkého objektu. Přestože je míra ohybu malá, pečlivá měření mohou odhalit hmotnost gravitační síly objektu, který táhne.

Typická měření hmotnosti hvězd

Astronomům trvalo až do 21. století, než použili gravitační čočku na měření hvězdných hmot. Předtím se museli spoléhat na měření hvězd obíhajících kolem společného těžiště, takzvané dvojhvězdy. Hmotnost dvojhvězd (dvě hvězdy obíhající kolem společného těžiště) je pro astronomy velmi snadné změřit. Ve skutečnosti více hvězdné systémy poskytují učebnicový příklad, jak zjistit jejich hmotnosti. Je to trochu technické, ale stojí za to prostudovat, abyste pochopili, co musí astronomové udělat.

Snímek Síria A a B z Hubbleova vesmírného dalekohledu, binárního systému vzdáleného 8,6 světelných let od Země.

Nejprve změří oběžné dráhy všech hvězd v systému. Měří také oběžnou rychlost hvězd a poté určují, jak dlouho dané hvězdě trvá, než projde jedním oběhem. Říká se tomu jeho „orbitální období“.

Výpočet hmotnosti

Jakmile jsou všechny tyto informace známy, astronomové provedou další výpočty, aby určili hmotnosti hvězd. Mohou použít rovnici V _orbit = SQRT(GM/R), kde SQRT je „druhá odmocnina“ a, G je gravitace, M je hmotnost a R je poloměr objektu. Je to záležitost algebry, jak ubrat hmotu přeskupením rovnice tak, aby se vyřešila pro M.

Astronomové tedy, aniž by se kdy dotkli hvězdy, používají matematiku a známé fyzikální zákony, aby zjistili její hmotnost. Nemohou to však udělat pro každou hvězdu. Další měření jim pomáhají zjistit hmotnosti hvězd, které nejsou v binárních nebo vícehvězdných systémech. Mohou například využívat svítivosti a teploty. Hvězdy různé svítivosti a teploty mají výrazně odlišné hmotnosti. Tyto informace, když jsou vyneseny do grafu, ukazují, že hvězdy mohou být uspořádány podle teploty a svítivosti.

Opravdu hmotné hvězdy patří k nejžhavějším ve vesmíru. Méně hmotné hvězdy, jako je Slunce, jsou chladnější než jejich gigantičtí sourozenci. Graf teplot, barev a jasů hvězd se nazývá Hertzsprung-Russellův diagram a podle definice také ukazuje hmotnost hvězdy v závislosti na tom, kde na grafu leží. Pokud leží podél dlouhé klikaté křivky zvané Hlavní posloupnost , pak astronomové vědí, že její hmotnost nebude gigantická ani malá. Hvězdy s největší a nejmenší hmotností spadají mimo hlavní posloupnost.

Tato verze Hertzprung-Russellova diagramu vykresluje teploty hvězd proti jejich svítivosti. Poloha hvězdy v diagramu poskytuje informace o tom, v jaké fázi se nachází, a také o její hmotnosti a jasnosti.

Hvězdná evoluce

Astronomové mají dobrý přehled o tom, jak se hvězdy rodí, žijí a umírají. Tato sekvence života a smrti se nazývá „hvězdná evoluce“. Největším prediktorem toho, jak se bude hvězda vyvíjet, je hmotnost, se kterou se zrodí, její „počáteční hmotnost“. Nízkohmotné hvězdy jsou obecně chladnější a slabší než jejich protějšky s vyšší hmotností. Takže pouhým pohledem na barvu hvězdy, teplotu a místo, kde „žije“ v Hertzsprung-Russellově diagramu, mohou astronomové získat dobrou představu o hmotnosti hvězdy. Srovnání podobných hvězd známé hmotnosti (jako jsou výše zmíněné dvojhvězdy) dávají astronomům dobrou představu o tom, jak hmotná je daná hvězda, i když se nejedná o dvojhvězdu.

Hvězdy si samozřejmě neudrží stejnou hmotnost celý život. S přibývajícím věkem ji ztrácejí. Postupně spotřebovávají své jaderné palivo a nakonec na konci svého života zažijí obrovské epizody hromadných ztrát. Pokud jsou to hvězdy jako Slunce, jemně ho odfouknou a vytvoří planetární mlhoviny (obvykle). Pokud jsou mnohem hmotnější než Slunce, zahynou při událostech supernov, kde se jádra zhroutí a poté se rozšíří ven při katastrofické explozi. To vystřelí velkou část jejich materiálu do vesmíru.

Složený snímek Krabí mlhoviny, pozůstatku supernovy, který předznamenal smrt velmi hmotné hvězdy. Hester & A. Loll

Pozorováním typů hvězd, které umírají jako Slunce nebo umírají v supernovách, mohou astronomové odvodit, co udělají jiné hvězdy. Znají jejich hmotnosti, vědí, jak se vyvíjejí a umírají jiné hvězdy s podobnou hmotností, a tak mohou dělat docela dobré předpovědi na základě pozorování barev, teploty a dalších aspektů, které jim pomáhají porozumět jejich hmotnosti.

Pozorování hvězd je mnohem víc než shromažďování dat. Informace, které astronomové získají, jsou složeny do velmi přesných modelů, které jim pomáhají přesně předpovídat, co budou hvězdy v Mléčné dráze a v celém vesmíru dělat. Když se rodí, stárnou a umírají, to vše na základě jejich hmotnosti. Nakonec tyto informace také pomáhají lidem lépe porozumět hvězdám, zejména našemu Slunci.

Rychlá fakta

Hmotnost hvězdy je důležitým prediktorem mnoha dalších charakteristik, včetně toho, jak dlouho bude žít.
Astronomové používají k určení hmotnosti hvězd nepřímé metody, protože se jich nemohou přímo dotknout.
Typicky řečeno, hmotnější hvězdy žijí kratší dobu než ty méně hmotné. Je to proto, že spotřebovávají své jaderné palivo mnohem rychleji.
Hvězdy jako naše Slunce mají střední hmotnost a skončí mnohem jinak než hmotné hvězdy, které se po několika desítkách milionů let samy vyhodí do povětří.

Zdroj: thoughtco.com