Kategoria: kosmos

Niezbędnik poszukiwacza pozaziemskiego życia (w granicach rozsądku)

Wiesław Seweryn3 komentarze

Co jest najważniejszą motywacją dla wysyłania kolejnych sond do bliższych i dalszych obiektów naszego Układu Słonecznego? Na pewno naukowa ciekawość. Co jeszcze? Czy są powody mniej racjonalne, czy kierujemy się nie tylko rozumem, ale i sercem? Może czujemy się samotni i po prostu szukamy braci w życiu? I podobnie jak Puchatek, im bardziej Go nie znajdujemy, tym bardziej i usilniej szukamy. Już raczej nie wierzymy w życie humanoidalne, w dwunożne i dwuręczne istoty rodem z „E.T.” Stevena Spielberga. Więc trochę odpuszczamy, luzujemy wymagania, manipulujemy definicją życia ale dalej szukamy. To już nie musi być życie takie jak tu, na Ziemi, rozwinięte życie przez duże „Ż”, mogą być także jego ślady, sprzyjające (niewykluczające) środowisko, cząsteczki i rodniki organiczne. Ciągle mamy nadzieję, że COŚ albo przynajmniej coś znajdziemy. I coś rzeczywiście znajdujemy. Od kilkudziesięciu lat, w miarę postępu możliwości technicznych, penetrujemy bliższy i dalszy Kosmos. 

Poniżej przedstawię krótki przegląd, podsumowanie obecnego stanu badań poszczególnych planet i planetoid naszego Układu Słonecznego. Badań bezpośrednich, nie obserwacji teleskopowych, bo inaczej ten wpis rozrósłby się do niestrawnych rozmiarów. 

Wenus

Tak się składa, że o Wenus pisałem niedawno (Wenus – porzucona kochanka). Warunki panujące na niej nie pozwalają, i nie pozwolą w najbliższej przyszłości, dokonywać bezpośrednich badań próbek gruntu. Jednak na podstawie badań atmosfery oraz obserwacji powierzchni planety, a także zaawansowanych symulacji komputerowym można wywnioskować, że jeszcze 300-500 milionów lat temu powierzchnia Wenus była czynna wulkanicznie. Mało tego, symulacje wykonane na podstawie wyników badań sondy Pioneer Venus wykazały z dużym prawdopodobieństwem, że 2-3 miliardy lat temu na Wenus istniały warunki sprzyjające powstaniu i utrzymaniu życia. Teraz jest „piekłem na ziemi”.

Mars

Mars jest najlepiej poznaną planetą z całej czwórki (załóżmy na potrzeby tego artykułu, że Księżyc także jest planetą). Aktywna eksploracja Marsa rozpoczęła się wiele lat temu. Po jego powierzchni poruszały się łaziki, zebrano i przeanalizowano mnóstwo próbek, myślimy o wyprawie załogowej.

Z dużym prawdopodobieństwem można przypuszczać, że w odległej przeszłości Mars był planetą cieplejszą, bardziej wilgotną, z grubszą atmosferą. Było to miliardy lat temu. I nic to, że 4 miliardy lat temu moc promieniowania Słońca wynosiła ok. 70% mocy dzisiejszej i obliczenia wykazują, że ewentualna woda na Marsie musiałaby być w postaci lodu. Ówczesne zasoby promieniotwórczego uranu i toru w bryle planety mogły (teoretycznie) roztopić wodny lód. Dowodzą tego przeprowadzone symulacje (znowu symulacje). 

Ryc. 1. Wenus, Mars i Ziemia. Domena publiczna.

Ziemia

Wiadomo, na Ziemi trwa złoty wiek, życie powstałe 3-3,5 miliarda lat temu rozwija się, a zdarzające się katastrofy nie spowodowały znaczącego dlań zagrożenia. Owszem, były wymierania, ale życie odradzało się, ewoluowało i rozwijało się dalej. Można powiedzieć, że z tej trójki tylko my mieliśmy szczęście przetrwać. Nie potrzebujemy snucia teorii i naginania faktów, życie na Ziemi istnieje, wystarczy wyjrzeć za okno albo spojrzeć w lustro (inteligentna forma życia). 

Księżyc

Każdy wie, że Księżyc, mimo swojej „skalistości”, jest jałowy jak wnętrze reaktora atomowego. Nie ma na nim śladu atmosfery ani żadnych innych przejawów obecnego czy przeszłego życia. Nie ma tektoniki i magnetyzmu, totalny bezruch i beznadzieja. Nie ma Pana Twardowskiego ani Księżycowych Ludzi (tych od Pana Kleksa). Czy Księżyc zawsze taki był? Czy po oderwaniu się od Ziemi w wyniku kosmicznej kolizji z Theą, od razu stał się taki, jaki jest obecnie? Oczywiście, że nie, ale potrzebujemy na to dowodów. I oto pojawiła się szansa na znalezienie dowodu na sejsmiczną aktywność Księżyca. 

20 sierpnia 2024 pisałem (Księżyc Zatoką Perską przyszłości (4). Woda) napisałem:

W tekstach Księżyc Zatoką Perską przyszłości?, Księżyc Zatoką Perską przyszłości (2)? Chang’e-6 wylądował i Księżyc Zatoką Perską przyszłości? (3). Regolit pisałem o serii chińskich misji Chang’e, a zwłaszcza ostatniej – Chang’e-6, która odwiedziła „ciemną” stronę Księżyca i przywiozła stamtąd pierwsze próbki skał powierzchniowych i głębinowych. O Chang’e-5 ledwie wspomniałem. Okazuje się, że to poważne niedopatrzenie, bo właśnie badanie próbek skał „piątki” przyniosło nieoczekiwane (a może z drżeniem serca oczekiwane) rezultaty. ….

O wynikach analizy próbek zebranych przez Chang’e-6 będziemy informować w Eksperymencie Myślowym, jak tylko się ukażą. Może za 4 lata, a może wcześniej.

Minęły trzy miesiące i mamy następne wyniki badań skał księżycowych. Okazuje się, że nasz satelita wykazywał dużą aktywność wulkaniczną zanim stał się martwym globem. To już trzeci obiekt kosmiczny, którego historię zaczynamy (z powodzeniem) odtwarzać.

Ryc. 2. Jowisz, Saturn (prawda, że „łyso” wygląda bez pierścieni?), Uran. Domena publiczna.

Pozostałe planety i księżyce Układu Słonecznego a także jedna asteroida

O Merkurym nie ma co mówić. Ta najbliższa Słońcu planeta z racji swojego położenia nie ma i nie miała szans na rozwój życia biologicznego w żadnej znanej formie. Brak atmosfery, szczątkowe pole magnetyczne i temperatura powierzchni wahająca się od -180⁰C do 430⁰C są warunkami ekstremalnymi. Trudno też przypuszczać, że w przeszłości były inne.

Pozostałe planety to gazowe olbrzymy: Jowisz, Saturn, Uran i Neptun. Nie są to planety skaliste, a warunki fizyczne, z uwagi na ogromne ich masy, raczej nie pozwalają na przeprowadzenie dobrze rokujących symulacji w kierunku możliwego życia, nawet przy najbardziej karkołomnych i naciąganych założeniach i warunkach początkowych. Pozostał jeszcze Pluton, który, jak wiadomo, planetą nie jest, tak orzekła Międzynarodowa Unia Astronomiczna.

Ryc. 3. Neptun, Pluton, asteroida Bennu. Domena publiczna.

Nie bez powodu potraktowałem Księżyc na równi z planetami. Satelity największych gazowych olbrzymów mają wielkość porównywalną do Merkurego, a ponadto rokują badawczo (poszukiwanie życia) bardziej niż Wenus i Mars. Przyjrzyjmy się im, w kolejności malejących szans na znalezienie na nich przejawów życia.

  1. Europa, księżyc Jowisza. Średnica: ~3,121 km, masa: ~4,8 × 10²² kg. Porównanie z Ziemią: Nieco mniejsza od naszego Księżyca (Europa ma ~90% jego średnicy). Charakterystyka: Europa ma lodową skorupę, pod którą prawdopodobnie znajduje się ocean ciekłej wody, być może o większej objętości niż wszystkie ziemskie oceany razem wzięte. Atuty dla życia: Geotermiczne ogrzewanie dna oceanu (wywołane grawitacyjnymi siłami Jowisza) może tworzyć hydrotermalne kominy, które są potencjalnymi oazami dla życia. Eksploracja: Planowane misje, takie jak Europa Clipper (NASA), mają zbadać ten księżyc pod kątem jego habitabilności1. O starcie i celach misji Europa Clipper pisał obszernie Mirosław Dworniczak w tekście Europa Clipper – podróż w kierunku Jowisza.
  2. Enceladus, księżyc Saturna. Średnica: ~504 km, masa: ~1,08 × 10²⁰ kg. Porównanie z Ziemią: Bardzo mały w porównaniu do naszego Księżyca (około 1/7 jego średnicy). Charakterystyka: Enceladus ma podpowierzchniowy ocean ciekłej wody i wyrzuca gejzery bogate w wodę, organiczne związki oraz sól z pęknięć w lodowej skorupie. Atuty dla życia: W składzie gejzerów znaleziono organiczne cząsteczki, a woda jest w stanie ciekłym dzięki wewnętrznemu ogrzewaniu. Eksploracja: Dane z misji Cassini sugerują, że warunki na Enceladusie mogą sprzyjać życiu.
  3. Ganimedes, księżyc Jowisza. Średnica: ~5,268 km, masa: ~1,48 × 10²³ kg. Porównanie z Ziemią: Ganimedes jest największym księżycem w Układzie Słonecznym, większym nawet od Merkurego. Charakterystyka: Największy księżyc w Układzie Słonecznym, posiada wielowarstwowy system oceanów i lodu, z oceanem ciekłej wody znajdującym się prawdopodobnie między warstwami lodu. Atuty dla życia: Własne pole magnetyczne może chronić wewnętrzne warstwy przed promieniowaniem kosmicznym. Eksploracja: Bada go misja JUICE (ESA), która wystartowała w 2023 roku.
  4. Tytan, księżyc Saturna. Średnica: ~5,151 km, masa: ~1,35 × 10²³ kg. Porównanie z Ziemią: Drugi co do wielkości księżyc w Układzie Słonecznym, nieco mniejszy od Ganimedesa, ale większy od Merkurego. Charakterystyka: Tytan ma gęstą atmosferę bogatą w azot i powierzchniowe zbiorniki węglowodorów, takich jak metan i etan. Pod powierzchnią może znajdować się ocean ciekłej wody. Atuty dla życia: Choć warunki są zimne, chemia organiczna na Tytanie może dostarczać składników potrzebnych do powstania życia. Eksploracja: Misja Dragonfly (NASA, planowana na 2027 rok) ma badać jego powierzchnię i atmosferę.
  5. Callisto, księżyc Jowisza. Średnica: ~4,821 km, masa: ~1,08 × 10²³ kg. Porównanie z Ziemią: Czwarty co do wielkości księżyc w Układzie Słonecznym, porównywalny z Ganimedesem i Tytanem. Charakterystyka: Callisto jest stosunkowo nieaktywna geologicznie, ale może posiadać podpowierzchniowy ocean. Atuty dla życia: Ze względu na małą aktywność geologiczną i odległość od Jowisza, Callisto jest w niewielkim stopniu narażona na promieniowanie, co czyni ją interesującą pod kątem habitabilności.
Ryc. 4. Merkury (NASA), Europa, Enceladus (Domena publiczna).
Ryc. 5. Ganimedes, Tytan, Callisto. Domena publiczna.

Badamy również asteroidy, a jakże. Mirek Dworniczak opisał w „Kapsuła z sondy OSIRIS-REx wróciła na Ziemię„, „Ozyrys wraca na Ziemię” i „Niezwykłe odkrycie w regolicie z Bennu” przebieg misjii OSIRIS-REx oraz wstępne wyniki badań materii z asteroidy Bennu. Co odkryto w przywiezionym (przyleconym) materiale? Poczytajcie we wpisach pod podanymi linkami. Na pewno nie będzie to zmarnowany czas.

Podsumowanie. Co dalej?

Jak widać szukamy życia na wielu frontach. I jak pisałem wcześniej, w serii wpisów Życie w Kosmosie….. („Życie w Kosmosie, czyli z pamiętnika malkontenta„, „Życie w Kosmosie[2]. Chyba jednak jesteśmy jedyni” i „Życie w Kosmosie[3]. Wszechświat uszyty na miarę„), raczej nic z tego nie będzie. Niech jednak hasło „poszukiwanie życia” będzie medialnym pretekstem do rozwoju czystej nauki i zaawansowanej technologii, których osiągnięcia przydadzą się nam w przyszłości w innych dziedzinach, bardziej praktycznych.

Przypisy

  1. habitabilność to zdolność planety/księżyca do zamieszkania przez złożone formy życia. ↩︎

Obłok Oorta, czyli o kosmicznej strefie wpływów

Wiesław Seweryn5 komentarzy

Co to jest Kosmos? To jest takie prawie nieskończenie wielkie COŚ składające się z… I tu wymieniamy dość ściśle zdefiniowane byty: gwiazdy, planety, galaktyki, kwazary, pulsary, czarne dziury w różnych odmianach, kolorach i kształtach. Repertuar tych bytów kosmicznych jest skończony i (tak uważamy) zamknięty. Wiemy, że gwiazda, to gwiazda, a planeta to planeta, a razem wzięte tworzą układ gwiazdowy, na przykład Układ Słoneczny. Zapominamy jednak, że Kosmos to kontinuum i wyznaczanie ścisłych granic nie jest właściwą metodą zrozumienia jego natury. W poprzednim wpisie „Brązowe karły, czyli niedorobione gwiazdy” opisałem inny przykład niemożności poszufladkowania kosmicznych jestestw, czyli brązowe karły, już nie planety, a jeszcze nie gwiazdy. 

Obłok Oorta jest odpowiedzią na pytanie: jak daleko rozciąga się grawitacyjna „strefa wpływów” Słońca i jakie są tego konsekwencje? 

Ryc. 1. Artystyczna wizja Pasa Kuipera (górny rysunek) i Obłoku Oorta z zaznaczonym Pasem Kuipera w środku, jako mały prostokąt (dolny rysunek). Źródło: Wikipedia, Medium69, licencja Public Domain.

Trochę historii

Inspiracją do rozważań, które doprowadziły do koncepcji istnienia sfery nazwanej Obłokiem Oorta, były komety. Komety można z grubsza podzielić na dwa rodzaje: krótkookresowe komety ekliptyczne (to znaczy poruszające się w płaszczyźnie ekliptyki 1) oraz komety długookresowe izotropowe, czyli pojawiające się w dowolnej części nieba, nadlatujące z dowolnego kierunku. Zakładano początkowo, że komety izotropowe poruszają się po orbitach parabolicznych, czyli pojawiają się jednorazowo i znikają na zawsze w otchłani kosmicznej. W istocie komety izotropowe pojawiają się w pobliżu Słońca cyklicznie, ale cykl ten jest bardzo długi, rzędu paruset lat. Źródłem komet ekliptycznych jest Pas Kuipera, który jest podobnej budowy co pas planetoid znajdujący się za orbitą Marsa, ale oddalony jest od Ziemi o około 50 AU (astronomical unit to tzw. jednostka astronomiczna, czyli średnia odległość Ziemi od Słońca. Polski skrót to j.a.). Dla porównania – najdalsza planeta Układu Słonecznego – Neptun, jest oddalona od Słońca o 30 AU. W Pasie Kuipera krąży wiele planet karłowatych: Pluton (do niedawna zwany Dziewiątą Planetą), Eris, Haumea, Makemake, Gonggong, Quaoar, Orcus, Sedna (to tylko największe z nich). 

Ryc. 2. Sonda Voyager 1 (wizja artystyczna), wystrzelona w 1977 roku, dotrze do Obłoku Oorta za około 300 lat i będzie przez niego przelatywać następne 30000 lat. Źródło: NASA/JPL Wikipedia, licencja Public Domain. 

Ale do rzeczy, czyli do historii odkrycia (czy raczej wyspekulowania istnienia) Obłoku Oorta. W 1907 Armin Otto Leuschner wysunął hipotezę, że komety izotropowe nie poruszają się po trajektoriach parabolicznych, ale krążą po wydłużonych elipsach. Hipotezę tę rozwinął holenderski astronom Jan Hendrik Oort w 1950 roku, od nazwiska którego Obłok został nazwany. No dobrze, ale skąd się biorą? W 1932 roku estoński astronom Ernst Öpik zaproponował, że rezerwuarem tych komet jest obszar oddalony od Słońca nie o kilkadziesiąt AU, jak Pas Kuipera, ale o tysiące, a nawet setki tysięcy AU. 200000 AU, bo na tyle ocenia się zasięg Obłoku, to ponad 3 lata świetlne. Bliżej stąd do Proximy Centauri (4,24 lat świetlnych niż do Słońca). Zewnętrzna powierzchnia Obłoku Oorta wyznacza granicę dominacji grawitacyjnej Układu Słonecznego nad grawitacją Galaktyki. Obliczenia Briana Marsdena określają materialną granicę Obłoku Oorta na około 50000 AU. Poza tą granicą przestrzeń jest praktycznie pusta. 

Ryc. 3. Albedo (zdolność odbijania światła przez daną powierzchnię) oraz porównanie wielkości największych zaobserwowanych planet transneptunowych. Źródło: Wikipedia, Eurocommuter~commonswiki, licencja: Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.

Jak powstają komety?

Według aktualnej wiedzy prawie wszystkie komety krótkookresowe pochodzą z Obłoku Oorta i są ciałami (skupiskami materii) wytrąconymi kiedyś z orbity kołowej przez oddziaływanie grawitacyjne przechodzącej w pobliżu gwiazdy lub obłoku materii. Ostatecznym miejscem „parkowania” takich komet jest Pas Kuipera, stąd też bierze się krótki okres ich obiegu. Komety długookresowe także pochodzą z Obłoku Oorta, ale ich prędkość i trajektoria pozwalają im uwolnić się od grawitacji Słońca i powrócić tam, skąd przybyły.

Geneza powstania Obłoku Oorta

Trzeba jasno powiedzieć – Obłoku nie jesteśmy w stanie obserwować, jesteśmy zdani tylko na dowody pośrednie jego istnienia, struktury i historii. Dlatego wszystkie rozważania są w istocie mniej lub bardziej prawdopodobnymi hipotezami wynikającymi z obserwacji obiektów, które jesteśmy w stanie obserwować, i coraz dokładniejszych symulacji. Obecnie uważa się, że powstał równocześnie z powstaniem planet Układu Słonecznego z pierwotnego dysku protoplanetarnego, a było to około 4,6 miliarda lat temu. Pierwotnie obiekty wchodzące w jego skład krążyły wokół Słońca razem z planetami, ale oddziaływanie grawitacyjne nowo tworzących się planet olbrzymich (Jowisza) wyrzuciło je daleko poza układ. Ostatnie badania NASA wskazują, że większość materii Obłoku Oorta nie pochodzi z pobliża Słońca, ale jest produktem wymiany z przelatującymi obok gwiazdami w początkowym okresie jego istnienia. Symulacje wskazują też na intensywną wymianę materii między Obłokiem Oorta a rozproszonym dyskiem będącym pozostałością dysku protoplanetarnego. 

Ryc. 4. Wizualizacja Obłoku Oorta z odległościami w skali logarytmicznej. Charakterystyczne jest zagęszczenie materii (wewnętrzny Obłok Oorta) w płaszczyźnie ekliptyki wynikające z oddziaływania grawitacyjnego planet Układu Słonecznego (a wcześniej dysku protoplanetarnego). Źródło: Southwest Research Institute, licencja: Licencja standardowa ESA

Kontrowersje, spory i spekulacje 

Wszystkie wymienione obiekty: Pas Kuipera, rozproszony dysk i Obłok Oorta tworzą tzw. obiekty transneptunowe. Pierwsze dwa z wymienionych nadal są przedmiotem ontologicznych spekulacji. Jedni uważają, że są to dwa odrębne byty, inni, że stanowią jedność. Nic dziwnego, ich odległości od Słońca są zbliżone, zachowania podobne, a obserwacji tyle, co kot napłakał. Osią dyskusji jest oddziaływanie grawitacyjne Neptuna na zachowanie obiektów wchodzących w ich skład. Krakowskim targiem stanęło więc na tym, że nie definiuje się ich jako poszczególnych obiektów kosmicznych, które weszły albo nie weszły w interakcję z Neptunem, a jako regiony przestrzeni kosmicznej. 

Jak widać wszystko, co znajduje się poza orbitą Neptuna, może być (i jest) tematem ostrych sporów naukowych, niekoniecznie o szczegóły. Pluton, przez tyle lat (od 1930, w którym został odkryty) będący dziewiątą planetą naszego układu, decyzją Międzynarodowej Unii Astronomicznej został zdegradowany do miana planety karłowatej, plutoidu. Tak, jakby to miało jakieś znaczenie. Czasem mam wrażenie, że mniejsze wątpliwości (i bardziej powszechny konsensus) dotyczy obiektów kosmicznych o cechach dużo bardziej ekstremalnych niż zwykłe kawałki skał i lodu krążące wokół Słońca. Myślę o kwazarach, czarnych dziurach i ciemnej materii. Chyba dlatego, że wiarygodnych danych obserwacyjnych mamy tak mało, że każda hipoteza czy teoria na ich temat będzie sprawiała wrażenie wyssanej z palca fantastyki naukowej. 

  1. Płaszczyzna ekliptyki to płaszczyzna, na której leży orbita Ziemi. Orbity pozostałych planet Układu Słonecznego są w niewielkim stopniu odchylone od p.e. ↩︎

Brązowe karły, czyli niedorobione gwiazdy

Wiesław Seweryn1 Comment
Ryc. 1. Diagram Hertzsprunga–Russella wielkości i widma gwiazd. W prawym dolnym rogu brązowe karły. Licencja CC BY-SA 2.5. Richard Powell. 

Są gwiazdy i są planety. Znamy gwiazdy karłowate oraz gwiazdy-olbrzymy. Rozpiętość wielkości planet też jest ogromna. Nie każdy obiekt niebędący gwiazdą można automatycznie nazwać planetą. Nie może być za mały ani za duży. Z jednej strony ograniczeniem jest nieprecyzyjna definicja planetoid i planet karłowatych, z drugiej zaś… Istnieją gazowe olbrzymy wielkości naszego Jowisza, który jest jeszcze planetą, ale gwiazdą już nie jest. Dlaczego? Bo nie świeci własnym światłem? Ale przecież Lucas Bergowsky już tłumaczył w tekście Rozgrzany do czerwoności!, że każde ciało materialne świeci, emituje promieniowanie elektromagnetyczne, w tym światło podczerwone. 

Jowisz jest planetą, gdyż nie zachodzą w nim reakcje termojądrowe. Mamy więc gotową definicję, kiedy „kończą się” planety. Ale kiedy zaczynają się gwiazdy? Reakcji jądrowych jest wiele. W prawdziwej, “rasowej” gwieździe zachodzi reakcja syntezy wodoru w hel, a przynajmniej od tej reakcji zaczyna się „życie” gwiazdy, gdyż zachodzą w niej także inne reakcje syntezy jąder cięższych pierwiastków, tzw. „metali” (które wcale metalami być nie muszą). Powyższy wywód sugeruje, że każdy duży obiekt kosmiczny jest albo planetą albo gwiazdą, a ostrym i wyraźnym rozróżnieniem jest istnienie albo nieistnienie reakcji syntezy jądrowej. Niestety tak nie jest! Jak to w życiu: jest czekolada, jest nie-czekolada i są wyroby czekoladopodobne. Są też obiekty gwiazdopodobne. To tak zwane brązowe karły. 

Ryc. 2. Brązowe karły Teide 1 , Gliese 229 B i WISE 1828+2650 w porównaniu do czerwonego karła Gliese 229A , Jowisza i Słońca. 
Licencja CC BY 3.0, MPIA/V. Joergens – Pierwsze wydanie w „Joergens, Viki, 50 Years of Brown Dwarfs – From Prediction to Discovery to Forefront of Research, Astrophysics and Space Science Library 401, Springer

Co to takiego? 

Słońce jest typową, przeciętną gwiazdą, jego masa jest około 1000 razy większa od masy planety-olbrzyma, czyli Jowisza. Taka różnica wielkości sugeruje istnienie obiektów o masach pośrednich rzędu kilkudziesięciu mas Jowisza, czyli kilku procent masy Słońca. Nazywamy je brązowymi karłami. Są zbyt małe, aby mogła w nich zachodzić reakcja przemiany wodoru w hel, ale wystarczająco masywne, by zachodziła reakcja syntezy jąder deuteru:

p + p → D + e+ + νe​

gdzie:
p to proton (jądro wodoru),
D to deuter (izotop wodoru z jednym protonem i jednym neutronem),
e+ to pozyton (antycząstka elektronu),
νe​ to neutrino elektronowe.

Reakcja ta zachodzi tylko przez kilka pierwszych milionów lat istnienia brązowego karła, mają wtedy typ widmowy L (temperatura 1400-2200 K) i słabo świecą na czerwono, pomarańczowo lub brązowo. Przez pozostały czas tylko stygną i stygną, stopniowo obniżając typ widmowy do T i kończąc na Y. Dlatego są tak trudno wykrywalne, także ze względu na niewielką masę.

Początkowo (lata 60.) nazywano je czarnymi karłami, ale „zbrązowiały” po tym, jak zaczęto je mylić z całkowicie wystygłymi białymi karłami. Aby jeszcze bardziej zamącić w głowach PT Czytelników wspomnę, że istnieją czerwone karły, a brązowe po całkowitym ostygnięciu także stają się „czarne”. 

Jak je badać i co odróżnia brązowe karły od „prawdziwych” gwiazd?

Podstawowym kryterium uznania obiektu kosmicznego za brązowego karła jest obecność pierwiastka litu 7Li. W „normalnych” gwiazdach lit występuje przez krótki czas gdyż szybko przekształca się w hel 4He w reakcji z jądrami wodoru. 

Drugim charakterystycznym wyróżnikiem brązowego karła jest dużo większy udział promieniowania podczerwonego w emitowanym widmie. Nic dziwnego, jego temperatura i czerwonawa barwa widmowa jednoznacznie determinuje rozkład częstotliwości promieniowania w okolicach podczerwieni.

Trzecim wyróżnikiem brązowych karłów są obserwowalne ilości metanu, bo (nie wiem, czy wspominałem) mogą one mieć one coś w rodzaju atmosfery. Zimniejsze, już ostygłe obiekty mogą gromadzić w atmosferze metan, który jest wykrywalny metodą spektrografii. Atmosfera brązowych karłów jest w ogóle dość egzotyczna. Dość powiedzieć, że unoszą się w niej chmury krzemionki i padają żelazne deszcze.

Odkrycia

Pierwszego brązowego karła odkryto w 1995 roku, ale wcześniej, w latach osiemdziesiątych XX wieku, istniały takie podejrzenia wobec kilku niesklasyfikowanych jeszcze obiektów. Trudności w obserwacji spowodowały, że wiedza o brązowych karłach była (i dalej jest) wątła i pełna niepotwierdzonych hipotez. Szacowano na przykład, że ich liczebność we Wszechświecie dwukrotnie przekracza liczbę gwiazd. Dopiero teleskop kosmiczny WISE skorygował te szacunki do ⅙, czyli na każde sześć gwiazd przypada jeden brązowy karzeł. 

Pozostając przy hipotezach, pierwszy brązowy karzeł nazwany Gliese 229 B jest prawdopodobnie układem podwójnym. Tak przynajmniej wynika z ostatnich obserwacji W. M. Keck Observatory na Hawajach i Very Large Telescope w Chile. 

Ryc. 3. Wizualizacja czerwonego karła Gliese 229 B. K. Miller, R. Hurt/Caltech/IPAC, źródło: https://www.caltech.edu/about/news/its-twins-mystery-of-famed-brown-dwarf-solved

Niejasności ciąg dalszy

Wcześniej nazwałem brązowe karły obiektami gwiazdopodobnymi. Niestety, jest to nieco nieprecyzyjne określenie. Po wypaleniu się, które następuje dość szybko, obiekty te zaczynają stygnąć. Proces szybko postępuje, a w wielu z nich synteza termojądrowa zatrzymuje się całkowicie. Wspomniany wcześniej Gliese 229 B jest wielkości Jowisza (widać to na Ryc. 2), może więc być uznany po wypaleniu się za planetę o większej (80x) niż zwykle gęstości. Tak więc z obiektu gwiazdopodobnego staje się obiektem planetopodobnym. Brązowe karły mogą być też omyłkowo uznane za planety. Nie po raz pierwszy zdarza się więc, że klasyfikacja naukowa, zwłasza ta uświęcona tradycją, musi zostać zrewidowana. Przekonaliśmy się o tym dobitnie na przykładzie systematyki zwierząt (i roślin), kiedy to klasyczna systematyka linneuszowska, oparta na podobieństwie, musiała się poddać w konfrontacji z badaniami genetycznymi, a zewnętrzne podobieństwo nagle przestało się przekładać na bliskie pokrewieństwo ewolucyjne.

To dobrze, że nauka jest żywym organizmem, nieskostniałym. Powyższe przykłady dowodzą, że jest de facto procesem doskonalenia się przez nieustanne wątpienie i kwestionowanie istniejącego stanu, nie ma w niej świętości i dogmatów ani autorytetów. Taką świętością wydawała się klasyczna mechanika newtonowska no i proszę, co się z nią stało. Minęło 200 lat i została zdegradowania do roli przybliżenia, szczególnego przypadku mechaniki relatywistycznej w warunkach „ciepłej wody w kranie”. A wydawała się nie do ruszenia. Podobnie dzieje się z odkrywaniem elementarnej struktury materii oraz w kosmologii.