автор: Якопо
(CNN) — Астрономы могут быть близки к первому подтверждению наличия на экзопланете атмосферы, подобной земной, если более детальный анализ подтвердит предварительные наблюдения с космического телескопа имени Джеймса Уэбба. Планета является частью планетной системы TRAPPIST-1, расположенной на расстоянии около 40 световых лет от Земли. Система была открыта пятью бельгийскими астрономами в 2016 году и названа в честь их любимого пива . С тех пор система активно изучается. «Как планетная система, она невероятно далека от реальности», — сказал Нестор Эспиноза, астроном из Института космических исследований с помощью космического телескопа в Балтиморе. «Эта звезда очень, очень мала — размером с Юпитер, — и вокруг неё вращаются по меньшей мере семь каменистых планет. Три из них находятся в так называемой обитаемой зоне, то есть они расположены достаточно близко к звезде, чтобы при наличии атмосферы на них могла существовать жидкая вода».
Эспиноза и его коллеги сосредоточились на TRAPPIST-1 e, четвёртой планете от звезды в системе, в исследовании, опубликованном на прошлой неделе в The Astrophysical Journal Letters. Четыре наблюдения, проведённые в 2023 году с помощью телескопа Уэбба, не смогли исключить наличие атмосферы, что вселяет оптимизм.
«На основании первых четырёх наблюдений мы не можем сказать, что (эта планета) не имеет атмосферы, так что мечта всё ещё жива — у неё всё ещё может быть атмосфера», — сказал Эспиноза, — «и это очень волнительно, потому что у нас есть последующая программа из ещё 15 наблюдений».
Телескоп Уэбба смог исключить наличие атмосферы только на TRAPPIST-1 b, самой внутренней планете, но по остальным шести планетам окончательный вердикт еще не вынесен, сказал Эспиноза, и TRAPPIST-1 e считается одним из лучших кандидатов на наличие жидкой поверхностной воды. «Три года назад, до запуска «Джеймса Уэбба», подобные исследования казались научной фантастикой», — сказал Эспиноза о возможности обнаружения атмосфер на далёких планетах. «Теперь я почти уверен, что мы сможем увидеть, какая атмосфера может быть у TRAPPIST-1 e, и если у неё есть атмосфера, подобная земной, мы сможем это определить».
Ищем явные признаки
TRAPPIST-1 e по размерам похожа на Землю и обращается вокруг своей звезды за шесть дней — гораздо быстрее, чем Земля обращается вокруг Солнца. Это связано с тем, что звезда намного меньше нашего Солнца, и все планеты находятся близко к ней. «Если бы можно было каким-то волшебным образом перенести звезду TRAPPIST-1 в нашу Солнечную систему, — сказал Эспиноза, — все планеты и их орбиты поместились бы внутри орбиты Меркурия». В поисках атмосферы астрономы ждут, когда планета пройдёт перед своей звездой, и замечают любые незначительные изменения в проходящем сквозь неё звёздном свете. Они ищут явные признаки наличия атмосферы, одновременно изучая её химический состав. Благодаря четырём транзитам , наблюдавшимся телескопом Уэбба в 2023 году, астрономы смогли исключить наличие первичной атмосферы на основе водорода у TRAPPIST-1 e, которая, вероятно, была сдута значительным количеством излучения, испускаемого её звездой. (Земля аналогичным образом рано потеряла свою первичную атмосферу, но затем образовала вторичную; астрономы надеются, что TRAPPIST-1 e могла сделать то же самое.). Этот сценарий подробно описан во втором исследовании , также опубликованном на прошлой неделе в журнале The Astrophysical Journal Letters. В нём отмечается, что планета вряд ли будет иметь атмосферу, богатую углекислым газом, как у Венеры и Марса, и указывает на наличие атмосферы с высоким содержанием азота, более похожей на атмосферу Земли и ледяного спутника Сатурна Титана. «TRAPPIST-1e остаётся одной из самых интересных планет в зоне обитаемости, и эти новые результаты приближают нас к пониманию того, что это за мир», — заявила Сара Сигер, профессор планетологии Массачусетского технологического института и соавтор обоих исследований. « Доказательства, указывающие на отсутствие атмосфер, подобных венерианским и марсианским, заставляют нас сосредоточиться на сценариях, которые всё ещё актуальны».
Эспиноза сообщил, что его команда планирует завершить новый раунд из 15 наблюдений к концу года, две трети из которых уже выполнены. Если команда обнаружит неопровержимые признаки наличия атмосферы, могут потребоваться дополнительные наблюдения с помощью телескопа «Уэбб» в надежде обнаружить специфические химические признаки таких газов, как метан, связанный с жизнью на Земле. Подтверждение наличия атмосферы стало бы прорывом, сказал Эспиноза. «Это положит конец многочисленным спорам о том, могут ли эти системы красных карликов поддерживать атмосферу», — сказал он. «Красные карлики составляют большинство звёзд во Вселенной. Так что, если это может произойти там, это может произойти где угодно. Возможности для жизни просто умножаются». Однако, по его словам, даже если исключить наличие атмосферы, результат всё равно будет захватывающим, поскольку сделает жизнь на Земле ещё более уникальной. Это также заложит основу для будущих исследований экзопланет, вращающихся вокруг жёлтых карликов, таких как Солнце, с использованием телескопов, ещё более мощных, чем «Уэбб», которые пока находятся на стадии проектирования.
Захватывающие, но неполные результаты
Эти первые результаты исследования Джеймса Уэбба для TRAPPIST-1e чрезвычайно интересны, заявил Микаэль Жийон, руководитель отдела астробиологических исследований Льежского университета (Бельгия). Жийон, руководивший открытием системы TRAPPIST-1, не принимал участия в недавнем исследовании. «Данные пока не окончательны, — добавил он в электронном письме, — но они доказывают, что JWST способен обнаружить атмосферу, подобную земной, если она существует. Впервые в истории мы действительно близки к обнаружению атмосферы вокруг потенциально обитаемой каменистой экзопланеты».
Планеты в системе TRAPPIST-1 обладают рядом условий, схожих с условиями на планетах земной группы в нашей Солнечной системе. Эти условия делают их потенциальными источниками жидкой воды на поверхности, но им необходима атмосфера, чтобы вода не замерзала на поверхности и не сублимировалась в космос, заявил Эрик Агол, профессор кафедры астрономии Вашингтонского университета. Агол не принимал участия в исследовании, но работает над новым набором наблюдений вместе с Эспиносой и его коллегами.
По словам Эйгола, TRAPPIST-1 e — самая перспективная из семи планет с атмосферой, подобной земной.
«Результаты интересные, но неполные», — добавил он в электронном письме. «Я не уверен, есть ли у TRAPPIST-1 e атмосфера, подобная земной, и текущее исследование не повлияло на моё мнение». По словам Говарда Чена, доцента кафедры космических наук Флоридского технологического института, TRAPPIST-1e находится как раз в «переломном моменте» между противоположными состояниями. Это подтверждается компьютерным моделированием, подробно описанным им в новом исследовании , опубликованном в среду в журнале The Astrophysical Journal Letters. Судя по истории планеты, она может стать как чрезвычайно сухой, так и богатой водой: «Это означает, что как сценарии «голой скалы», так и «наличия атмосферы» остаются физически правдоподобными», — добавил он в электронном письме. Чен не принимал участия в новом исследовании. TRAPPIST-1e мог сформироваться как пустынный мир, как и его внутренние соседи, или как влажная, покрытая океаном планета, заключил он. «Текущие данные JWST пока не позволяют различить эти сценарии, но эта неоднозначность именно то, что предсказывают наши модели», — сказал Чэнь. «Тот факт, что TRAPPIST-1e может быть как очень сухой, так и очень влажной, означает, что следующие несколько наблюдений JWST могут предоставить драматические результаты».