NASA обнаружило семь новых планет, похожих на Землю: три из них могут быть обитаемы

Художественная иллюстрация планеты Проксима б. Предоставлено: ESO / М. Корнмессер / Википедия Мы подозревали ее наличие, но недавние анализы только подтвердили это: вокруг звезды Проксима Центавр, самой близкой к Солнцу, действительно есть планета, похожая на Землю. Но может ли этот мир действительно быть домом для жизни?

После объявления о его открытии в августе 2020 года, Proxima ba вызвал большой интерес со стороны исследователей и широкой общественности. И по понятной причине, помимо того, что она является ближайшей экзопланетой к нашей солнечной системе, расположенной всего в 4,2 световых года от Земли, она, похоже, также эволюционировала в обитаемой зоне своей звезды.

В результате астрономы, естественно, стремились определить, может ли эта скалистая планета быть домом для внеземной жизни.

С учетом этого в последние годы несколько исследований были посвящены вопросу о том, может ли Proxima b сохранять атмосферу, или же на поверхности может существовать жидкая вода, учитывая, что ее родительская звезда относится к типу «красных карликов». Другими словами, очень нестабильная звезда, способная к разрушительным звездным извержениям.

Некоторые из этих работ предполагают, что планета действительно может содержать океан и иметь атмосферу, подобную атмосфере Земли, более того, когда другие опровергают эту идею. Некоторые также предположили, что Проксима b может в конечном итоге стать мертвым миром, жертвой насилия его звезды-хозяина, в то время как другие утверждают, что жизнь на Проксиме b может выжить, несмотря на эти катастрофические солнечные вспышки.

Метод радиальной скорости

В 2020 году астрономы предположили наличие Proxima b вокруг своей звезды методом радиальных скоростей.

Сложно непосредственно наблюдать экзопланету, которая обычно купается в прямом излучении ее звезды. Метод радиальной скорости, грубо говоря, направлен на анализ спектра света, излучаемого целевой звездой.

Изменения в этом спектре могут быть обнаружены, когда длина волны определенных спектральных линий поглощения увеличивается и уменьшается. Эти изменения могут указывать на изменения радиальной скорости, которые могут быть изменены присутствием планеты, вращающейся вокруг звезды.

Этот метод привел к открытию многих экзопланет. Тем не менее, звездная активность иногда может приводить к «ложным срабатываниям». Поскольку Проксима Центавра — особенно нестабильная красная карликовая звезда, некоторые астрономы хотели подтвердить ее присутствие, убедившись, что эта планета с очень «земными» характеристиками — не просто иллюзия.

NASA обнаружило семь новых планет, похожих на Землю: три из них могут быть обитаемы

ВСЕ ФОТО

Специалисты NASA обнаружили сразу семь аналогов планеты Земля вокруг открытой недавно звезды TRAPPIST-1 в созвездии Водолея nasa.gov

Эти небесные тела и размером, и массой схожи с Землей nasa.gov

При этом три из семи планет находятся в и, предположительно, обладают водой и густой атмосферой nasa.gov

Специалисты NASA обнаружили сразу семь аналогов планеты Земля вокруг открытой недавно звезды TRAPPIST-1 в созвездии Водолея. Эти небесные тела и размером, и массой схожи с Землей. При этом три из семи планет находятся в и, предположительно, обладают водой и густой атмосферой.

О сенсационном открытии эксперты объявили во время пресс-конференции, прямая трансляция которой велась на официальном сайте NASA. Кроме того, о прорывном открытии астрономов написал журнал Nature.

«Это открытие может быть существенным шагом в поиске пригодной для жизни среды и мест, которые способствуют жизни», — подчеркнули в NASA, комментируя открытие планет в звездной системе TRAPPIST-1, удаленной от Земли на 40 световых лет.

Все открытые планеты по размеру схожи с Землей — их радиус составляет от 0,7 до 1,08 радиуса нашей планеты, а масса — от 0,41 до 1,38. Соответственно, их плотность равна земной или чуть ниже нее. Это указывает на их каменистую природу либо на то, что это планеты-океаны.

These 7 Earth-sized planets were seen by @NASASpitzer around a nearby, ultra-cool dwarf star called TRAPPIST-1: https://t.co/G9tW3cJMnV pic.twitter.com/Z6gvaH96Tz— NASA (@NASA) February 22, 2017

В отличие от Земли, «семь сестер» вращаются по очень тесной орбите вокруг TRAPPIST-1. На этих планетах год длится от полутора дней до примерно двух недель.

При этом последняя планета системы, TRAPPIST-1h, располагается примерно в четыре раза ближе к звезде, чем Меркурий подходит к Солнцу.

Что касается вероятности развития жизни, то на эту роль пока больше всего претендуют три центральные планеты — d, e и f.

По словам ученого Эмори Трио из Астрономического института в Кембридже, наибольшие шансы на зарождение жизни есть у планеты f, климат которой достаточно мягкий и прохладный для того, чтобы на ней могла существовать вода и органика.

В мае 2020 года астрономы из американского университета MIT объявили об открытии необычной звездной системы — TRAPPIST-1, удаленной от Земли всего на 40 световых лет в сторону созвездия Водолея, напоминает РИА «Новости».

Уже тогда ученые высказывали предположение, что три планеты, вращающиеся вокруг этого красного карлика, находятся внутри «зоны жизни», где вода может существовать в жидком виде, а их масса, предположительно, сопоставима с земной.

Позже ученые изучили спектр лучей звезды TRAPPIST-1, прошедших через воздушные оболочки планет на пути к Земле, и обнаружили, что это каменистые планеты, похожие на Землю. Кроме того, были найдены намеки на наличие воды, кислорода и углекислоты в их атмосферах.

Тем не менее до недавнего времени не все астрономы сходились во мнении, что эти планеты действительно существуют. Критики отмечали, что периодические снижения в яркости звезды, по которым они были обнаружены, могли быть порождены невидимым для нас светилом — спутником TRAPPIST-1.

Астроном из университета Льежа Мишель Жильон тем временем предостерег, что открытие семьи из семи планет пока не позволяет говорить о том, как часто в нашей Галактике встречаются многопланетные звездные системы, аналогичные Солнечной системе или похожие на нее.

«Здесь мы имеем дело с относительно редким типом звезд, одними из самых холодных и спокойных объектов Млечного Пути. Мы не ожидаем, что аналоги Солнечной системы могут возникать у таких звезд — у них просто не хватит стройматериалов для того, чтобы в них могли возникнуть крупные планеты, подобные Юпитеру или Сатурну. Поэтому мы пока не нашли аналогов Солнечной системы у красных карликов и вряд ли их найдем», — объяснил он.

Да, Проксима b существует

С учетом этого международная группа астрономов использовала прибор Европейского космического агентства (ЕКА) ESPRESSO (Спектроскопическая шкала для Скалистых экзопланет и Стабильные спектроскопические наблюдения). Этот спектрограф, изготовленный в Швейцарии, в настоящее время является самым точным из используемых на сегодняшний день. Он установлен на очень большом телескопе в Чили.

Благодаря очень точным измерениям вариаций, исследователи смогли раз и навсегда подтвердить, что вокруг этой звезды действительно существует мир. Это исследование, которое будет опубликовано в журнале Astronomy and Astrophysics, также позволило лучше охарактеризовать целевую систему.

В частности, мы узнаем, что Проксима Центавра испускает 1/600 солнечного света. Кроме того, исследователи отмечают, что Proxima b расположена очень близко к своей звезде (ближе, чем Меркурий от Солнца), и что она кружится вокруг нее каждые 11.2 дня. Несмотря на эту кажущуюся близость, данные также подтверждают, что планета эволюционирует в обитаемой зоне своего хозяина и что ее поверхностные температуры должны быть такими же, как у Земли.

Как объяснено выше, основным препятствием на пути развития жизни остаются звездные извержения красного карлика, способного мгновенно разрушить атмосферу. Эти вопросы, с другой стороны, потребуют дальнейшего анализа.

Атмосфера

Нам нужно сделать догадки по поводу атмосферы и температур. Температура серого тела с альбедо равным земному на орбите радиусом в 1 а.е. вокруг солнцеподобной звезды будет составлять 250 К, и если добавить коррекцию для парникового газа в 36 К, получим среднюю температуру в 13 °C.
Существует другое равновесное состояние, похожее на «Землю-снежок», где вся поверхность холодная и покрыта ледником (могут быть такие океанические миры, полностью покрытые льдом), и эффективно отражает энергию. С альбедо в 0,8 у нас получится температура в -15 °C. Конечно, огромные океаны в любом случае останутся жидкими, особенно поскольку точка замерзания воды понижается с давлением.

В случае Влажной шкалой высот будет 11,3 км – давление на такой высоте будет на 36% меньше. Чтобы молекулы смогли убежать, температура должна в 1,49 раз превышать земную: в этом случае водород определённо убежит, и, как мне кажется, гелий тоже (зависит от температуры экзосферы, которую сложно подсчитать). Метан и аммиак могут остаться, но при наличии жизни и кислорода они превратятся в двуокись углерода и азот.

В случае Сухой шкалой высот будет 2,4 км: облака будут плоскими и лежать близко к земле. Температура удержания в 7,5 раз превышает земную – Сухая в принципе может удержать водород. Это значит, что на ней с самого начала может скопиться более плотная атмосфера, что превратит её в газовый гигант. Однако эта планета должна была сформироваться в сухой зоне рядом со звездой, так что она могла и не набрать столько газов. Но всё равно её атмосфера должна быть плотнее, чем у Влажной.

Если предположить, что поверхностное давление пропорционально поверхностной гравитации, то на поверхности Влажной давление будет составлять 0,73 атм, а Сухой – 3,4 атм.

Тогда у Влажной плотность атмосферы будет 0,9 земной. Для людей вполне приемлемо.

Также давайте предположим, что скорость ветра будет равна земным 10 м/с – это очень сложно оценить, не запуская полную модель циркуляции. И, наконец, что маловероятно, предположим, что период обращения планеты равен 24 часа. Временная шкала излучения в 18 дней и адвекции в 14 дней – то есть, погода такая же сложная, как на Земле, и довольно быстро реагирует на сезоны (да, я неявно допустил, что наклон оси вращения тоже равен земному – в случае большего наклона ситуация станет очень странной). У Влажной будет 9-10 высотных струйных течений (у Земли их порядка 7). У Сухой плотность воздуха у поверхности в 4,3 раза превышает нашу, поэтому временные шкалы будут укорочены, а струйных течений будет порядка 10. Ничего слишком необычного.

На погоду, в том числе, влияет плавучесть. На Влажной она меньше – облака будут более высокими и будут двигаться медленно, а на Сухой высокая гравитация приведёт к тому, что небольшие изменения в плотности будут оказывать большое влияние – там будет идти более плоская и интенсивная конвекция.

Сила Кориолиса тоже будет сильнее в два раза, поэтому там будет больше зональных, а не меридиональных ветров – преобладание потоков с востока на запад над потоками с севера на юг будет большим, чем на Земле.

Количество воды в туче будет примерно пропорционально его высоте и плотности атмосферы: на Влажной и Сухой осадков в типичной туче будет больше, чем на Земле (на 30-40%, если я не ошибаюсь), и Влажная будет чуть влажнее – малая плотность воздуха компенсируется большой шкалой высот. На практике всё это зависит от более сложных аспектов атмосферы — адиабатический градиент температуры и всё такое прочее.

Град на Влажной будет ужасен, для его формирования будет достаточно расстояния. Радиус градин, вероятно, пропорционален шкале высот, поэтому крупные градины будут в 3,5 раза крупнее – но благодаря низкой гравитации весить они будут всего в 2,6 раз больше. Предельная скорость падения пропорциональна квадратному корню из гравитации, делённой на плотность, поэтому скорость градин будет составлять всего 90% от земных такого же размера. На Сухой она будет составлять 89% из-за более плотного воздуха. Но всё равно их кинетическая энергия будет в три раза большей.

Сила ураганов зависит от разницы температур между океаном и стратосферой – как это просто подсчитать, мне неизвестно. В отсутствие земли они могут длиться больше, перед тем, как уползут по направлению к полюсам, где рассеются. При достаточно сильных зональных ветрах ураганы могут стать почти постоянными – как большое красное пятно на Юпитере, но я думаю, что там будет достаточно меридианных ветров, чтобы этого не произошло.

Также я не совсем уверен по поводу того, достаточно ли сильным будет широтное перемешивание для того, чтобы полюсы грелись и не формировали полярные шапки. Подозреваю, что отсутствие земли и присутствие огромного океана с большой теплоёмкостью уменьшит формирование льда.

Если мы предположим наличие 20% кислорода, тогда на Сухой парциальное давление кислорода составит порядка 537 мм.рт.ст., что будет токсично для людей. Что хуже, парциальное давление CO2 будет равно 10,4 мм.рт.ст., что чревато гиперкапнией. Тем не менее, местная жизнь, скорее всего, эволюционирует так, чтобы справиться с этой проблемкой. Атмосфера на Влажной выглядит пригодной для людей.

Оптическая глубина атмосфер на Двойных Землях будет сравнимой с земной (поскольку, как я предположил, давление = гравитации на поверхности), поэтому видеть можно будет на то же расстояние. Вертикальная оптическая глубина будет в 1,37 раз больше Земной на Влажной: небо более молочное, но не выглядит слишком чужим. На Сухой всего в 1,1 раз – почти как обычно. При полёте на самолёте обстановка не станет тёмно-синей на какой-то чрезвычайно небольшой высоте.