- To, że udało się odkryć Proximę d, pokazuje, jak wielki postęp technologiczny robimy. Daje to nadzieję na kolejne odkrycia. I wiadomo, że dziś jeszcze nie możemy tam polecieć, ale... prawa fizyki tego nie zabraniają - puszcza oko Joao Faria, gdy pytamy o jego najnowsze odkrycie. Odkrycie, o którym jeszcze 6 lat temu... największym naukowcom się nie śniło.
Kiedy astronomowie wyglądają poza granice naszego układu planetarnego, Układu Słonecznego, widzą przede wszystkim przerażającą, potężną pustkę. Wtedy dopiero okazuje się, że wszystko jest "u nas" bardzo blisko siebie.
Dla perspektywy warto sobie przypomnieć, że odległość ze Słońca do Ziemi to 150 mln km. Dla wygody astronomowie wykorzystują tę odległość do mierzenia odległości między planetami. 150 mln km to 1 jednostka astronomiczna (AU).
Jak duży jest Układ Słoneczny? Ostatnia planeta - Neptun - znajduje się w odległości 30 AU od Słońca. Można zatem powiedzieć, że średnica Układu Słonecznego to 60 AU. W tym okręgu znajduje się Merkury, Wenus, Mars, Pas Planetoid, Jowisz, Saturn, Uran, Neptun i ich wszystkie księżyce.
Jeszcze kawałek dalej rozpościera się rozproszony Pas Kuipera składający się z gruzu kosmicznego (aczkolwiek krąży tam także Pluton, do niedawna uważany za ostatnią planetę Układu Słonecznego). Dalej jednak zaczyna się pustka.
Wylatując poza Układ Słoneczny, wkraczamy w zupełnie nową rzeczywistość: w przestrzeń międzygwiezdną. Oczywiście i tu znajdziemy pojedyncze komety, planetoidy mniejsze i większe. Jednak najbliższym ważnym obiektem jest gwiazda położona najbliżej Układu Słonecznego: niewielka i stosunkowo ciemna Proxima Centauri.
Gwiazda ta należy tak naprawdę do układu trzech związanych ze sobą grawitacyjnie gwiazd zwanego Alfa Centauri. Znajdują się w nim dwie jasne gwiazdy: Alfa Centauri A oraz Alfa Centauri B, które krążą bardzo blisko siebie po ciasnych orbitach. Ten układ podwójny w znacznej odległości okrąża jeszcze jeden składnik - czerwony karzeł, którym jest właśnie Proxima Centauri.
Aktualnie układ tych gwiazd jest taki, że najbliżej Ziemi znajduje się właśnie ta ostatnia. Jak daleko jest do Proximy Centauri? Przypomnijmy sobie: od Słońca do Neptuna jest 30 jednostek astronomicznych (AU). Do Proximy Centauri odległość od Słońca wynosi 266 871 AU. Między Słońcem a Proximą Centauri nie ma zasadniczo nic.
Naukowcy, którzy od zawsze marzyli o poszukiwaniu życia w kosmosie lub myśleli o podróżach międzygwiezdnych rodem ze Star Treka, od zawsze też darzyli Proximę Centauri szczególnymi względami. Jakby nie patrzeć, jest to najbliższa nam gwiazda, więc gdybyśmy w ogóle uzyskali kiedyś możliwość podróżowania między gwiazdami, to ta akurat gwiazda powinna być naszym pierwszym celem.
Gdy zatem rozpoczęły się poszukiwania planet pozasłonecznych krążących wokół innych gwiazd, pojawiło się pytanie o to, czy Proxima Centauri posiada własne planety. Oczywiście najlepiej, gdyby te planety były skaliste, dzięki czemu istniałby choć cień szansy na to, że istnieje tam życie.
W 2016 r. w ramach programu Pale Red Dot naukowcy obserwujący gwiazdę ogłosili sukces: udało się odkryć planetę krążącą wokół Proximy Centauri. Co więcej, wszystko wskazywało na to, że owa planeta jest planetą skalistą, która na dodatek znajduje się w takiej odległości od gwiazdy, że teoretycznie na jej powierzchni może istnieć woda w stanie ciekłym. Póki co wciąż tego nie wiadomo.
Naukowcy jednak od razu zaznaczyli, że istnieje możliwość, iż wokół gwiazdy krąży jeszcze jedna planeta. Poszukiwania trwały kolejne trzy lata. W 2019 r. ogłoszono, że Proxima Centauri ma jeszcze jedną planetę znajdującą się w takiej odległości od gwiazdy jak Mars od Słońca. I w końcu: w lutym 2022 roku zespół kierowany przez Joao Farię, badacza z Instytutu Astrofizyki i Nauk Kosmicznych w Portugalii, odkrył jeszcze jedną, trzecią już planetę. To właśnie z Farią rozmawiamy o odkrytej planecie i o całym, sąsiadującym z nami (w skali kosmicznej) układzie planetarnym.
Radek Kosarzycki: Jeszcze 6 lat temu nie wiedzieliśmy, czy jakakolwiek planeta krąży wokół gwiazdy Proxima Centauri. Dziś znamy już trzy takie planety: Proxima b, Proxima c i Proxima d. Skąd one się nagle wzięły?
Joao Faria: Faktycznie jakimś cudem te planety wciąż nam wyskakują przed oczami. Odkrycie pierwszej z planet - Proximy b - sprawiło, że naukowcy ponownie zaczęli obserwować też gwiazdę Proximę Centauri. Efektem było odkrycie planety Proxima c, która znajduje się nieco dalej od gwiazdy niż Proxima b.
Jakim zatem cudem mamy kolejną planetę? Otóż postanowiliśmy skierować w stronę gwiazdy ESPRESSO nowy instrument obserwacyjny, który bardzo precyzyjnie mierzy prędkości gwiazd w kierunku do i od nas. Początkowo chcieliśmy sprawdzić, czy Proxima b odkryta w 2016 roku faktycznie istnieje. I nasze obserwacje to potwierdziły, co opisaliśmy w osobnym artykule naukowym opublikowanym w 2020 roku. Precyzja pomiarów wykonywanych przez ESPRESSO pozwoliła nam jednak dostrzec w danych, że całkiem możliwe jest, iż wokół gwiazdy krąży jeszcze jedna - trzecia już - planeta.
Czemu wcześniej jej nie było widać?
Bo jej sygnał jest dużo słabszy od sygnału, który generuje krążąca wokół gwiazdy Proxima b. Tym samym znacznie trudniej dostrzec go w szumie obserwacyjnym. Postanowiliśmy zatem znacznie dłużej obserwować gwiazdę Proxima Centauri, aby zobaczyć, czy ten sygnał nie jest w rzeczywistości jedynie jakimś złudzeniem. Im więcej jednak danych zdobywaliśmy, tym wyraźniej widzieliśmy, że mamy do czynienia z ruchami gwiazdy spowodowanymi przez krążącą wokół niej planetę. Właśnie tę trzecią.
Rozjaśnijmy trochę sytuację. Mówisz tutaj o sygnale. Jeżeli ktoś nie jest zorientowany w metodach poszukiwania planet pozasłonecznych, może pomyśleć, że z tych planet ktoś do nas coś emituje, a to nie do końca tak. Pytanie zatem: co tak naprawdę mierzymy, obserwując taką gwiazdę i poszukując krążących wokół niej planet?
Przede wszystkim jest to metoda pośrednia. Inaczej mówiąc, nie obserwujemy w tym przypadku samych planet, natomiast bardzo uważnie obserwujemy gwiazdę. W tym przypadku jest to Proxima Centauri oddalona od Układu Słonecznego o nieco ponad cztery lata świetlne i jednocześnie będąca najbliższą nam gwiazdą w przestrzeni kosmicznej.
Patrzymy na nią i na emitowane przez nią światło i widzimy, że jeżeli w jej otoczeniu istnieje planeta, to oba te obiekty wywierają na siebie wpływ grawitacyjny. Z jednej strony gwiazda przyciąga planetę, a z drugiej planeta przyciąga nieco gwiazdę. Oba takie obiekty wszak krążą wokół wspólnego środka masy.
Z naszego miejsca w przestrzeni samej planety nie widzimy, ale widzimy, że gwiazda delikatnie się przemieszcza. To zbliża się, to oddala od nas. Jeżeli zatem potencjalna planeta znajduje się akurat na swojej orbicie między Ziemią a Proximą Centauri, przyciąga ją do siebie i tym samym w naszym kierunku.
Kiedy znajdzie się po przeciwnej stronie gwiazdy, planeta będzie przyciągała gwiazdę do siebie, odciągając ją od nas.
Widzimy więc, że gwiazda to się do nas oddala, to przybliża w regularnych odstępach czasu wyznaczanych przez okres obiegu planety wokół gwiazdy. Dokładny pomiar tego czasu daje nam bezpośrednią informację o tym, jak szybko dana hipotetyczna planeta okrąża swoją gwiazdę.
Tutaj należy podkreślić jeszcze jeden istotny element. Nie wiemy, jak ten układ planetarny jest ułożony względem nas w przestrzeni. Jedyne co wiemy, to że nie patrzymy na niego od góry, bo wtedy planety oddziaływałyby na gwiazdę grawitacyjnie, ale nie przyciągałyby jej w naszą stronę, więc tego ruchu nie bylibyśmy w stanie zmierzyć. Jak na razie jednak nie wiemy, czy patrzymy na układ Proximy Centauri od strony krawędzi, czy pod kątem.
Czy z tak pozyskanych informacji jesteśmy w stanie jeszcze wyciągnąć jakieś informacje o obserwowanych planetach, których w rzeczywistości w ogóle nie obserwujemy?
Właśnie z tego powodu, że nie znamy kąta, pod jakim układ jest skierowany w naszą stronę, jesteśmy w stanie jedynie ustalić minimalną masę każdej z planet. Choć zawsze się to podaje jako masę minimalną, to jednak statystycznie jest ona zawsze zbliżona do masy rzeczywistej.
Nie jesteśmy natomiast w stanie ustalić rozmiarów planety, bo do tego musielibyśmy zaobserwować tranzyt, czyli przejście planety na tle tarczy gwiazdy. Wtedy widzielibyśmy, jak dużą część tarczy gwiazdy zasłania planeta i stąd moglibyśmy ustalić jej rozmiary.
No dobrze, to mamy w takim razie najbliższą nam gwiazdę w przestrzeni kosmicznej. Być może kiedyś wyślemy do niej sondę. Jak wygląda ten układ planetarny, czego możemy się tam spodziewać?
Tutaj jest pewne zamieszanie z nazwami planet, bo planety otrzymują swoje oznaczenia wraz z momentem odkrycia, przez co czasami wydają się nieco niepoukładane. Aktualnie wiemy o trzech potencjalnych planetach: Proxima b, Proxima c oraz najnowsza Proxima d.
Gdybyśmy jednak chcieli narysować sobie ten układ, to rysujemy najpierw gwiazdę w centrum - to jest nasza Proxima Centauri. Najbliższą jej planetą jest nowo odkryta Proxima d, która na okrążenie gwiazdy potrzebuje zaledwie 5 dni. Odległość od gwiazdy to 0,03 jednostki astronomicznej, czyli jakieś 4 mln km (dla porównania Ziemia oddalona jest od Słońca o 150 mln km).
W dwa razy większej odległości (ok. 8 mln km) od Proximy Centauri znajduje się Proxima b odkryta w 2016 roku. Na okrążenie gwiazdy ta planeta potrzebuje już 11 dni. Ona jest tutaj ciekawa z jeszcze jednego względu. Znajduje się w tak zwanej ekosferze wokół gwiazdy, czyli w takiej odległości, w jakiej teoretycznie na powierzchni planety może istnieć woda w stanie ciekłym.
Znacznie, znacznie dalej od gwiazdy znajduje się także Proxima c odkryta w 2019 r. Jeżeli chodzi o odległości, mówimy tu o 1,5 jednostki astronomicznej, czyli ponad 220 mln km od gwiazdy.
Musimy pamiętać, czym jest Proxima Centauri. Ta gwiazda to czerwony karzeł, którego masa to zaledwie 15 proc. masy Słońca. Co więcej, świeci ona dość słabo, stąd to nie jest tak, że Proxima d oraz Proxima b smażą się w jej świetle, a Proxima c znajduje się w „normalnej odległości”. To właśnie te dwie pierwsze znajdują się w normalnej odległości dla takiego układu, a ta trzecia jest zaskakująco daleko.
To może tam są jeszcze jakieś inne planety, które czekają na odkrycie?
Taka opcja zawsze istnieje, ale raczej takiej planety nie ma blisko gwiazdy, tam, gdzie przebywają Proxima d oraz Proxima b. W tych niewielkich odległościach nasz instrument jest już tak czuły i precyzyjny, że gdyby była tam planeta o jakiejś konkretnej masie, to byśmy już ją odkryli. Wraz ze wzrostem odległości od gwiazdy jednak nasza czułość spada. Możliwe zatem, że coś tam jeszcze krąży.
Kiedy zobaczymy zdjęcia tych planet? Wiadomo, że informacja o istnieniu jakiegoś obiektu w przestrzeni kosmicznej to jedno, ale zdjęcie ma wartość większą niż milion słów. Jakby nie patrzeć jest to najbliższa nam gwiazda, więc jeżeli tu nie uda się zrobić zdjęcia, to przy bardziej odległych gwiazdach też zapewne się nie uda.
Wydaje mi się, że w niedługim czasie będziemy mieli techniczne możliwości wykonania takiego zdjęcia, na którym nie tylko będzie widać planety, ale też nie będą one jedynie pojedynczymi pikselami, lecz niewielkimi tarczami.
Należy jednak pamiętać, że nie będzie to łatwe. Jakby nie patrzeć mówimy o planetach, które krążą wokół naprawdę małej gwiazdy emitującej niewiele światła. Najlepszym dowodem na to jest fakt, że na czystym, bezksiężycowym nocnym niebie widzimy tysiące gwiazd, ale Proxima Centauri, która spośród nich wszystkich znajduje się najbliżej nas, jest tak mała i ciemna, że nie można jej dostrzec gołym okiem.
Trzydzieści lat temu nie wiedzieliśmy, jak często występują planety w przestrzeni kosmicznej. Teraz znamy ich z każdym miesiącem coraz więcej. Co więcej, okazuje się, że nawet najbliższa nam gwiazda ma co najmniej trzy planety. Czy możemy zatem stwierdzić, że planety tak naprawdę występują powszechnie we wszechświecie i krążą wokół większości gwiazd?
Wydaje mi się, że tak. Możemy dokonać takiej ekstrapolacji. Co więcej, wydaje nam się, że w naszej galaktyce planety o niskiej masie, takie jak Ziemia, Mars, czy Wenus występują bardzo licznie. Możemy zatem założyć, że większość gwiazd ma własne planety.
No to nie sposób zadać kolejnego pytania. Skoro większość gwiazd posiada planety, często więcej niż jedną, a w naszej galaktyce znajduje się 200-400 miliardów gwiazd, to możemy założyć, że planet może być na przykład 600 miliardów. Skoro większość z tych planet to planety o niskiej masie, podobne do Ziemi, to może być tak, że w naszej galaktyce takich Ziem jest kilkaset miliardów. Jeżeli założymy, że procesy chemiczne i fizyczne zachodzące na powierzchni tych planet są wszędzie takie same, to czy życia we wszechświecie też jest dużo? Czy w układzie Proxima Centauri możemy kogoś spotkać?
To z jednej strony jedno z najbardziej interesujących pytań, jakie możemy postawić. Niestety także jedno z najtrudniejszych. Najpierw musimy zdefiniować, czym jest życie, co mamy na myśli, mówiąc “życie”. Patrząc na liczby, które wymieniłeś, możemy przypuszczać, że mało prawdopodobne jest, aby w całym wszechświecie tylko na Ziemi powstało życie.
Z drugiej strony, nawet jeżeli życie nie jest tak unikalne, jak nam się wydaje, musimy wziąć pod uwagę wymiar czasowy istnienia wszechświata. Być może życie pojawia się i znika z poszczególnych punktów w przestrzeni kosmicznej. To może oznaczać, że nie jesteśmy pierwsi we wszechświecie, ale równie dobrze może być tak, że akurat teraz jesteśmy jedyni, a inni pojawią się dopiero za jakiś czas, zupełnie gdzie indziej.
Poszukiwanie odpowiedzi na to pytanie jest niejako wszyte w to, co robimy jako poszukiwacze planet. Wszak poszukujemy ze szczególnym zapałem planet podobnych rozmiarami do Ziemi, a wśród nich tych znajdujących się w ekosferach swoich gwiazd. Owszem, cieszy nas odkrywanie kolejnych planet, ale podskórnie zawsze szukamy tych podobnych do naszej z nadzieją, że znajdziemy tam jakąś formę życia.
Co zatem zamierzacie robić teraz? Czy w planach jest poszukiwanie planet wokół innych pobliskich gwiazd, takich jak Alfa Centauri, czy chociażby Gwiazda Barnarda?
Zdecydowanie powinniśmy poszukiwać planet wokół tych gwiazd, ale jednocześnie mam wewnętrzne przekonanie, że nie powinniśmy w jakiś sposób preferować tych najbliższych. Szukajmy planet wokół wszystkich gwiazd, które się do tego nadają. Aktualnie znamy już ponad 5000 egzoplanet krążących wokół bliskich i odległych gwiazd. Liczę jednak na to, że nie tylko będziemy szukać kolejnych planet, ale przede wszystkim będziemy się o tych pojedynczych planetach dowiadywać więcej szczegółów. Raczej środowisko naukowe powinno się skupić na coraz dokładniejszej ich charakteryzacji. Główne wysiłki powinny zostać skierowane nie na same odkrycia, ale na opisy, analizy ich składu chemicznego, atmosfer czy klimatu.
Proxima d to planeta o najmniejszej masie, jaką dotąd dało się odkryć. Dlaczego to takie istotne?
Tak, Proxima d jest planetą o najmniejszej masie, jaką udało się odkryć za pomocą pomiaru prędkości radialnych jej gwiazdy macierzystej. To dokładnie pokazuje postęp. Kilka lat wcześniej nie bylibyśmy w stanie odkryć tak drobnej planety, Jeszcze w 2016 r. kiedy odkryto Proxima b, Proxima d leżała poza zasięgiem instrumentów obserwacyjnych. Ówczesne dane obserwacyjne nie były wystarczająco precyzyjne. Instrument ESPRESSO został zaprojektowany właśnie do tego, aby odkrywać takie małe planety. Jego głównym zadaniem ma być poszukiwanie planet o masie Ziemi, krążących wokół gwiazd podobnych do Słońca.
Gdy opowiadasz komuś o odkryciu Proximy d, a ten ktoś patrzy znudzony i pyta, co z tego mamy, to co odpowiadasz?
Na takie pytanie można odpowiedzieć na dwa sposoby. Pierwszy jest bardzo prosty: poszukując planet pozaziemskich, większą część czasu wykorzystujemy na tworzenie instrumentów do tego niezbędnych. Bezustannie zwiększamy precyzję czujników, sensorów i oprogramowania do obróbki danych. Początkowo takie instrumenty służą do poszukiwania planet, ale z czasem rozwiązania te schodzą pod strzechy i zanim się obejrzymy, będziemy chętnie korzystać z nich w swoich smartfonach.
Druga odpowiedź jest bardziej idealistyczna. Mówiąc najprościej to, czym się zajmujemy, to poszukiwanie wiedzy o wszechświecie. Korzystając z bardzo ograniczonego czasu, jaki możemy spędzić na powierzchni tej planety za swojego życia, po prostu chcemy jak najwięcej dowiedzieć się o wszechświecie, o naszym otoczeniu gwiezdnym. Owszem, aktualnie niemożliwe jest polecenie do Proximy Centauri, ale prawa fizyki tego nie zabraniają. To z kolei oznacza, że być może kiedyś będzie to możliwe. Dobrze być do tego przygotowanym.
João Faria - astrofizyk zajmujący się na co dzień poszukiwaniem planet pozasłonecznych metodą mierzenia prędkości radialnych gwiazd. Współautor 50 artykułów naukowych, kierownik zespołu odpowiedzialnego za odkrycie Proximy d, najmniej masywnej planety pozasłonecznej spośród dotąd odkrytych. Aktualnie wykłada na Uniwersytecie w Porto.
Grafika główna: Nowo odkryta planeta Proxima d (z lewej) aut. ESO/L. Calçada
