Gliese 581 c

Kunstnerisk gengivelse af, hvorledes planetsystemet om Gliese 581 kan se ud. Gliese 581 c (i forgrunden af billedet) har omløb om stjernen på 13 dage.

Gliese 581 c eller Gl 581 c er en exoplanet, der er i kredsløb om den røde dværgstjerne Gliese 581.[1] Planeten blev opdaget den 4. april 2007 og fundet efterfølgende offentliggjort den 27. april 2007. Det er den tredje planet, der blev opdaget i systemet, og den tredje planet regnet fra stjernen. Med en masse på mindst 5,6 gange Jordens masse,[2] er den klassificeret som en "super-Jord" ("super-Earth"), en kategori, der indeholder planeter med en masse større end Jordens, men mindre end 10 gange Jordens masse.[3] Såfremt det lægges til grund, at planetens masse var tæt på minimummassen som beregnet på grundlag af målinger af radialhastigheden (det præcise masse er ukendt), var Gliese 581 c ved opdagelsen den hidtil letteste exoplanet i kredsløb om en stjerne i hovedserien. Den 21. april 2009 blev det imidleetid offentliggjort, at der var fundet yderligere en exoplanet i systemet, Gliese 581 e, der er mindre.[4] Gliese 581 e med en masse på 1,9 gange Jordens masse anses i dag at være den hidtil mindste exoplanet om en stjerne i hovedserien.

Opdagelsen af Gliese 581 c påkaldte sig betydelig interesse i medierne, da man ved opdagelsen anså planeten for at være den første potentielt Jord-lignende planet i livszonen omkring sin stjerne med en temperatur, der muliggjorde forekomsten af flydende vand på overfladen og derved med mulighed for at undersøtte ekstremofilt jord-lignende liv.[1][5] Det har dog vist sig, at de antagelige forhold på planeten sandsynligvis gør Gliese 581 c uegnet som hjemsted for jordlignende liv, og astronomer anser nu planeten Gliese 581 g for en mere oplagt kandidat til at understøtte liv. [2]

I astronomisk sammenhæng er Gliese 581 foroldsvis tæt på Jorden med en afstand af "kun" 20,3 lysår (svarende til 192 billioner km) fra Jorden.[6][7] Gliese 581 befinder sig i stjernebilledet Vægten, og er den 87. tættest beliggende stjerne fra Solen. Stjernen benævnes Gliese 581 efter dets placering kataloget "Gliese Catalogue of Nearby Stars".[8]

Opdagelse

Gliese 581 c blev opdaget af en gruppe astronomer under ledelse af Stéphane Udry, der arbejdede ved La Silla Observatoriet i Chile. Gruppen offentliggjorde en artikel om fundet den 27. april 2007, der i juli samme år blev trykt i tidsskriftet Astronomy and Astrophysics.[9] I artiklen blev også offentliggjort fundet af en anden planet i systemet, Gliese 581 d, med en minimum mase på 7,7 gange Jordens masse og en halv storakse på 0,25 astronomisk enheder. Senere analyser af data har siden reduceret minimummassen for Gliese 581 d til 5,6 gange Jordens masse.[10]

Fysiske karakteristika

Masse

Eksistensen af Gliese 581 c og exoplanetens masse er blevet målt ved måling af radialhastigheden, hvor der foretages målinger af de små periodiske bevægelser om det fælles massecenter mellem stjernen Gliese 581 og dennes planeter. Metoden kan ikke i sig selv fastsætte den faktiske masse, men denne kan ikke være meget større end det ved metoden målte, idet systemet derved ville blive ustabilt.[9] Baseret på disse målinger er massen anslået til at udgøre 5,6 gange Jordens masse.[2] Dynamiske simulationer af Gliese 581-systemet viser under de givne forudsætninger, at planeterne ikke kan have en masse på mere end 1,6 – 2 gange minimummassen uden at systemet bliver ustabilt, hvilket hovedsagelig skyldes interaktion mellem planet e og b. For Glise 581 c er den øvre del af den anslåede masse 10,4 gange jordens masse.

Radius

Da Glise 581 c ikke er blevet observeret direkte, er der ingen målinger af planetens radius. Antages det, at planetens minimummasse udgør planetens reelle masse findes en række modeller til at beregne planetens radius. Såfremt Gliese 581 c er en klippeplanet med en stor kerne af jern, bør den ifølge Udrys forskerhold have en radius ca. 50% større end Jordens.[9][11] Tyngdekraften på en sådan planet ville være ca. 2,24 gange stærkere i forhold Jordens. Er Gliese 581 c imidlertid en is- eller vandplanet, vil dens radius være mindre end 2 gange Jordens selv med en meget stor ydre hydrosfære, som påvist af modeller udarbejdet af Diana Valencia og hendes forskerhold vedrørende Gliese 876 d.[3] Tyngdekraften på en sådan planet vil være mindst 1,25 gange større end på Jorden. Valencias forskerhold angiver, at den korrekte radius kan være hvad som helst indenfor disse to ekstremer angivet ved de to nævnte modeller.[12]

Forskellige modeller for radius af Gliese 581 c med sammenligning med Jorden og Neptun

Andre forskere vurderer mulighederne anderledes. Sara Seager fra MIT vurderet, at Gliese 581 c og andre planeter med en masse på fem gange Jordens masse kan være:[13]

Hvis planeten passerer sin stjerne set fra vor placeringen, skulle radius være målbar, dog med nogen usikkerhed. Målinger med det canadisk-byggede teleskop MOST peger dog på, at sådanne passager næppe finder sted.[14]

Kredsløb

Planeternes kredsløb om Gliese 581. Gliese c er den tredje planet fra stjernen.

Gliese 581 c har en omløbstid (et "år") svarende til 13 jorddøgn.[6] og kredløbets radius er blot 7% af Jordens, omkring 11 millioner km,[15] mod Jordens kredsløb omkring 150 millioner kilometres fra Solen.[16] Da Gliese 581 er mindre og koldere end Solen, og dermed mindre lysende, er planeten ifølge Udrys forskerteam placeret i den "varme" ende af livszonen omkring stjernen.[9][11]

Bunden rotation

På grund af den relativ korte afstand mellem Gliese 581 c og stjernen 581, er det generelt antaget, at planeten har bunden rotation, hvorved planetens ene halvkugle altid vender mod stjernen, hvorimod den anden halvkugle vender væk fra stjernen.[17][18] Den nuværende opfattelse af planetens kredsløb om Gliese 581 er, at kredsløbet er cirkulært,[2] men tidligere opfattelse var, at kredsløbet var ellipseformet med en excentricitet på mellem 0,10 og 0,22. Såfremt planetens kredsløb er excentrisk, ville planeten blive udsat kraftige tyngdepåvirkninger.[19] Da tyngdepåvirkningerne er stærkere, når planeten er tæt på stjernen, er planeter med excentrisk kredsløb forventet at have en rotationsperiode, der er kortere end kredsløbsperioden, også kaldet pseudo-synkronisation.[20] Et eksempel på denne effekt ses for planeten Merkur, der er i bunden rotation i forholdet 3:2, hvor planeten gennemfører tre rotationer for hver to omløb. Selv i tilfælde af en bunden rotation i forholdet 1:1 vil planeten være undergivet libration og vil have faser med lys og mørke.[21]

Modeller af evolutionen af planetens kredsløb over tid antyder, at opvarmning som følge af påvirkning af tidevandskræfter fra den bundne rotation kan spille en væsentlig rolle i planetens geologi. Modeller udarbejdet af forskere antager, at opvarmningen som følge af påvirkningen fra tyngdekræfterne kan skabe en fluktation i planetens overfladevarme på mere end tre gange den fluktation, der finder sted på Jupiters måne Io, hvilket vil kunne forårsage væsentlig geologisk aktivitet, såsom forekomst af vulkaner og pladetektonik.[22]

Beboelighed og klima

Et forskerteam ledet af von Bloh, der har studeret data om Gliese 581 c har om beboeligheden konkluderet "Super-jorden Gl 581c er klart udenfor den beboelige zone, da den er for tæt på sin stjerne."[23] Selsis m.fl. angiver om beboeligheden, at "en planet i den beboelige zone ikke nødvendigvis er beboelig", og at Gliese 581 c "ligger udenfor hvad der ved en konservativ vurdering kan anses som værende omfanget af den beboelige zone", og videre, at eventuelt tidligere tilstedeværelse af vand på planeten var forsvundet som følge af den kraftige gammastråling og UV-stråling fra Gliese 581, ligesom planeten kan have en overfladetemperatur på mellem 700 og 1000 °K (430 til 730 °C) som Venus.[24] Spekulationer om planetens temperatur af andre forskere har været baseret på moderstjernen Glise 581's temperatur, og har været beregnet uden forbehold for den fejlmargin på 96 °C/K, der er gældende for stjernes temperatur, der er mellem 3432 K og 3528 K, hvilket fører til en betydelig margin for planetens irradians, selv uden forbehold for excentricitet i kredsløbet.[25]

Temperaturer

Baseret på Gliese 581's luminositet, der er 0,013 af Solens, er det muligt at beregne Gliese 581 c's effektive temperatur. Ifølge Udrys forskerteam, er den effektive temperatur baseret på en albedo på 0,64 (svarende til Venus' albedo) -3 °C, og baseret på en albedo på 0,296 (svarende til Jordens albedo) 40 °C[6][9], hvilket ligger inden for det spektrum, hvor der kan forefindes flydende vand ved et tryk på 1 atmosfære. Den effektive temperatur kan dog være væsentlig forskellig som følge af drivhuseffekter i planetens atmosfære. Det skal dog understreges, at den effektive temperatur kan afvige væsentligt fra den konkrete overflade temperatur; således er Venus' effektive temperatur 34,25 °C, hvorimod overflade temperatiren er 463,85 °C, hvilket primært skyldes at Venus' atmosfære består af 96.5% kuldioxid.[26] Vurderinger af mulighederne for liv på planeten[27] konkluderer, at Gliese 581 c formentlig er præget af en drivhuseffekt som på Venus, og at planeten således højst sandsynligt ikke er egnet til at være hjemsted for jordlignende liv. Denne drivhuseffekt kan dog være begrænset af tilstedeværelsen af en tilstrækkelig refleksivt skydække på planetens dagside.[28]

Flydende vand

Gliese 581 c ligger formentlig udenfor den beboelige zone.[23][29] Der foreligger ikke beviser for forekomsten af vand, og der er formentlig ikke flydende vand på planeten. Teknikker som dem der er anvendt ved målinger af exoplaneten HD 209458 b kan muligivs i fremtiden benyttes til at fastslå, om der er vand i dampform i planetens atmosfære, men kun i det sjældne tilfælde, at planeten har et kredsløb, hvor den "skygger" for sin stjerne set fra Jorden, hvilket Gliese 581 c ikke er observeret at gøre.

Se også

Beskrivelser i nyhedsmedier

  • Dennis Overbye (12. juni 2007). "A Planet Is Too Hot for Life, but Another May Be Just Right; So much for the Goldilocks planet". New York Times. Hentet 2009-07-11.

Beskrivelse i andre medier

Noter

  1. ^ a b Than, Ker (2007-04-24). "Major Discovery: New Planet Could Harbor Water and Life". space.com. Hentet 2007-04-29.
  2. ^ a b c d Vogt, Steven S.; Butler, R. Paul; Rivera, Eugenio J.; Haghighipour, Nader; Henry, Gregory W.; Williamson, Michael H. (2010-09-29). "The Lick-Carnegie Exoplanet Survey: A 3.1 M_Earth Planet in the Habitable Zone of the Nearby M3V Star Gliese 581". accepted by the Astrophysical Journal. Hentet 2010-09-29.
  3. ^ a b Valencia; Sasselov, Dimitar D.; O'Connell, Richard J.; et al. (2006). "Radius and Structure Models of the First Super-Earth Planet". The Astrophysical Journal. 656 (1): 545-551. doi:10.1086/509800. {{cite journal}}: Eksplicit brug af et al. i: |author= (hjælp)
  4. ^ Catalog of Nearby Exoplanets—Planets Table. Exoplanets.org. 2008-01-26. Hentet 2008-10-05.
  5. ^ Than, Ker (2007-02-24). "Planet Hunters Edge Closer to Their Holy Grail". space.com. Hentet 2007-04-29.
  6. ^ a b c "New 'super-Earth' found in space". BBC News. 25. april 2007. Hentet 2007-04-25.
  7. ^ van Leeuwen, F. (2007). "HIP 74995". Hipparcos, the New Reduction. Hentet 2008-08-18.
  8. ^ "The 100 Nearest Stars". RECONS. Hentet 2007-05-10.
  9. ^ a b c d e Udry; Bonfils, X.; Delfosse, X.; Forveille, T.; Mayor, M.; Perrier, C.; Bouchy, F.; Lovis, C.; Pepe, F.; et al. (2007). "The HARPS search for southern extra-solar planets, XI. Super-Earths (5 and 8 M⊕) in a 3-planet system". Astronomy and Astrophysics. 469 (3): L43-L47. doi:10.1051/0004-6361:20077612. {{cite journal}}: Eksplicit brug af et al. i: |author= (hjælp)
  10. ^ p. 29, Vogt 2010.
  11. ^ a b "Astronomers Find First Earth-like Planet in Habitable Zone". ESO. Arkiveret fra originalen 28. august 2008. Hentet 2007-05-10.
  12. ^ Valencia and Sasselov; Sasselov, Dimitar D.; O’connell, Richard J. (2007). "Detailed Models of Super-Earths: How Well Can We Infer Bulk Properties?". The Astrophysical Journal. 665 (2): 1413-1420. doi:10.1086/519554.
  13. ^ Seager (2008). "Alien Earths from A to Z". Sky & Telescope. ISSN 0037-6604 (January): 22-25. Arkiveret fra originalen 15. august 2009. Hentet 7. marts 2011. {{cite journal}}: Ekstern henvisning i |volume= (hjælp)
  14. ^ "Boring Star May Mean Livelier Planet". Spaceref.com. Hentet 2008-09-15. (Webside ikke længere tilgængelig)
  15. ^ Overbye, Dennis (2007-04-25). "20 light years away, the most Earthlike planet yet". International Herald Tribune. Arkiveret fra originalen 27. april 2007. Hentet 2007-05-10.
  16. ^ "The Earth Worldbook". NASA. Arkiveret fra originalen 24. december 2010. Hentet 2007-05-10.
  17. ^ Vergano, Dan (2007-04-25). "Out of our world: Earthlike planet". USA Today. Hentet 2007-05-10.
  18. ^ Selsis 2.4.1 "becomes tidally locked in less than 1 Gyr. "
  19. ^ Beust, H.; et al. (2008). "Dynamical evolution of the Gliese 581 planetary system". Astronomy and Astrophysics. 479 (1): 277-282. doi:10.1051/0004-6361:20078794. {{cite journal}}: Eksplicit brug af et al. i: |author= (hjælp)
  20. ^ Hut, P. (1981). "Tidal Evolution in Close Binary Systems". Astronomy and Astrophysics. 99 (1): 126-140.
  21. ^ Perlman, David (2007-04-24). "New planet found: It might hold life". San Francisco Chronicle. Hentet 2007-04-24.
  22. ^ Jackson, Brian; Richard Greenberg; Rory Barnes (2008). "Tidal Heating of Extra-Solar Planets". ApJ. 681: 1631. doi:10.1086/587641. arXiv:0803.0026.
  23. ^ a b von Bloh; et al. (2007). "The Habitability of Super-Earths in Gliese 581". Astronomy and Astrophysics. 476 (3): 1365-1371. doi:10.1051/0004-6361:20077939. Hentet 2008-08-20. {{cite journal}}: Eksplicit brug af et al. i: |author= (hjælp)
  24. ^ Selsis; Kasting, J. F.; Levrard, B.; Paillet, J.; Ribas, I.; Delfosse, X.; et al. (2007). "Habitable planets around the star Gl 581?". Astronomy and Astrophysics. 476 (3): 1373-1387. doi:10.1051/0004-6361:20078091. {{cite journal}}: Eksplicit brug af et al. i: |author= (hjælp)
  25. ^ Bean, J. L.; Benedict, G. F.; Endl, M. (2006). "Metallicities of M Dwarf Planet Hosts from Spectral Synthesis". The Astrophysical Journal. 653 (1): L65-L68. doi:10.1086/510527. Hentet 2007-02-04.{{cite journal}}: CS1-vedligeholdelse: Flere navne: authors list (link)
  26. ^ "Venus Fact Sheet". NASA. Hentet 2008-09-20.
  27. ^ Selsis 5. "Gl 581c is very unlikely to be habitable"
  28. ^ Selsis 3.1 "would be habitable only if clouds with the highest reflectivity covered most of the daytime hemisphere. "
  29. ^ Selsis Abstract, 3. Figure 4.

Medier brugt på denne side

GJ581orbits.svg
Summary

SVG image of the Gliese 581 system orbits. The orbital parameters are taken from Mayor et al. (2009), arXiv:0906.2780v1 [astro-ph.EP] "Title: The HARPS search for southern extra-solar planets XVIII. An Earth-mass planet in the GJ 581 planetary system", table 2. The semimajor axes have been rederived using Kepler's Third Law and a central stellar mass of 0.31 solar masses, as the values in the table are given to 1 significant figure only for the innermost 3 planets. The description element in the SVG's source code gives further information.

Assumptions:

  1. It is assumed that the system is coplanar. This cannot be constrained by the radial velocity observations used to detect the planets in this system, but our solar system's planets are nearly coplanar, and both the systems of PSR B1257+12 (planets B and C) and Epsilon Eridani (planet b and the circumstellar disk) are coplanar, see Konacki and Wolszczan (2003), The Astrophysical Journal 591, L147–L150 "Masses and Orbital Inclinations of Planets in the PSR B1257+12 System" and Beust et al. (2006), The Astrophysical Journal 132, 2206–2218 "The Extrasolar Planet ɛ Eridani b: Orbit and Mass respectively, so this assumption is at least reasonable.
  2. The direction of rotation around the star is assumed to be the same for each planet. Again, this cannot be constrained by the current radial velocity observations, but is a reasonable assumption since this is true for the major planets in our own solar system, and is predicted by current theories of planet formation. Under these first two assumptions, the orientation of the orbits relative to each other is correct as depicted in this diagram, however their actual orientation in 3D space with respect to external reference points (e.g. the Sun, the galactic centre) is unknown, hence such directions are not indicated on the diagram.
  3. A further assumption is that the true masses of the planets are small compared to that of the star. If the masses were comparable to that of the star, the actual semimajor axis corresponding to the measured orbital period would be greater. This assumption is supported both by probability (the chance that we are observing a system which has sufficiently low inclination for this to be relevant is very low) and by dynamical stability arguments which indicate that the planets cannot have true masses much more than 1.6 times their minimum masses (Mayor et al., 2009). This effect can therefore safely be neglected.

Interpreting the diagram

The planetary orbits are drawn in orthographic projection, as viewed from directly above the plane of the system so that the orbital direction is anticlockwise. The dashed lines are drawn between the star and the periastron point of each planet, in order to depict the relative orientation of the orbits with respect to each other. The position of each planet in its orbit is calculated using the time of periastron in the table in the Mayor et al. (2009) paper, and are drawn at a time chosen to be close to the start of the Udry et al. (2007) radial velocity observations, which are available here. This time is chosen to minimise the effects of both uncertainties in the orbital parameters and potential orbital evolution of the system.

While the orbits are drawn to the correct scale, the star and the planets themselves are not shown to scale as they would be too small to see on the scale of this diagram. In addition, the true radii of the planets themselves are currently unknown as no direct observation of the planets has yet been made.
Planetary System in Gliese 581 (artist's impression).jpg
Forfatter/Opretter: ESO, Licens: CC BY 4.0
Artist's impression of the planetary system around the red dwarf Gliese 581. Using the instrument HARPS on the ESO 3.6-m telescope, astronomers have uncovered 3 planets, all of relative low-mass: 5, 8 and 15 Earth masses. The five Earth-mass planet (seen in foreground - Gliese 581 c) makes a full orbit around the star in 13 days, the other two in 5 (the blue, Neptunian-like planet - Gliese 581 b) and 84 days (the most remote one, Gliese 581 d).
Exoplanet Comparison Gliese 581 c.png
Forfatter/Opretter: Aldaron, a.k.a. Aldaron, Licens: CC BY-SA 3.0
Comparison of several possible sizes for the exoplanet Gliese 581 c with the Solar System planets Earth and Neptune, using approximate models of planetary radius as a function of mass[1] for several possible compositions, based on mass reported in the Open Exoplanet Catalogue[2] as of 2015-11-14. Models include:
 
water world with a rocky core, composed of 75% H2O, 3% Fe, 22% MgSiO3
 
hypothetical pure water (ice) planet, the largest size for Gliese 581 c without a significant H/He envelope
 
rocky terrestrial "Earth-like" planet, composed of 67% Fe, 32.5% MgSiO3
 
hypothetical pure iron planet, Gliese 581 c's theoretical smallest size

Gliese 581 c is not likely to be smaller than the iron planet, and will be considerably larger than the water planet if significant H or He is present. For non-transiting planets, all modeled sizes will be underestimates to the extent that the planet's actual mass is larger than the reported minimum mass.

  1. ↑ Seager, S.; M. Kuchner, C. A. Hier-Majumder and B. Militzer (2007). "Mass–radius relationships for solid exoplanets". The Astrophysical Journal 669: 1279–1297. DOI:10.1086/521346. Retrieved on 2015-11-14.
  2. ↑ Open Exoplanet Catalogue (2015-11-14). Retrieved on 2015-11-14.