Система TRAPPIST-1 может быть мертвой во всех смыслах

Возможно, экзопланета TRAPPIST-1e пригодна для жизни

Система TRAPPIST-1, расположенная всего в 39 световых годах от Земли, является относительно холодной карликовой звездой M-типа, с массой около 9 процентов и радиусом около 12 процентов от солнечного. Считается, что вокруг этой звезды вращается по меньшей мере семь скалистых планет, размером с Землю или меньше.

Используя климатические модели, исследователи из Вашингтонского университета (UW) смоделировали состояния окружающей среды для каждой из планет системы. Модели показали, что все семь экзопланет, вероятно, эволюционировали подобно Венере, а это означает, что вода или океаны на них испарились на ранней стадии формирования системы.

Согласно этим моделям, семь планет системы TRAPPIST-1 будут иметь плотную, непригодную для обитания атмосферу. Тем не менее, один из миров, называемый TRAPPIST-1e, всё же может содержать жидкую воду на своей поверхности и, как результат, поддерживать землеподобную жизнь.

“Мы моделируем атмосферы далёких планет, и мы можем лишь предполагать, как они будут выглядеть”, – сказал в своем заявлении Эндрю Линковски (Andrew Lincowski), ведущий автор исследования. “В своём исследовании мы показать возможные варианты того, как могут выглядеть эти атмосферы”.

TRAPPIST-1e находится в обитаемой зоне звезды – на таком расстоянии от своей звезды, где на поверхности планеты может существовать вода в жидком виде и, следовательно, существовать жизнь в том виде, в котором мы её знаем.

Исследователи отметили, что на этой планете также может присутствовать значительное количество кислорода. По мере того, как вода испаряется с поверхности планеты и подвергается воздействию ультрафиолетового излучения звезды, молекулы воды расщепляется на водород и кислород. Водород, вероятно, покидает атмосферу, а кислород из-за большей массы задерживается в атмосфере. Таким образом, TRAPPIST-1e может иметь толстую кислородную атмосферу.

Семь планет системы TRAPPIST-1 в представлении художника. На большинстве из них должна существовать вода. Авторы и права: M. Kornmesser / ESO.

Две другие экзопланеты системы TRAPPIST-1 также, похоже, находятся в обитаемой зоне. TRAPPIST-1d движется по внутреннему краю этой зоны, а TRAPPIST-1h – по внешнему краю.

В дополнение к потенциальной обитаемости TRAPPIST-1e, модели также предполагают, что TRAPPIST-1b, ближайшая к звезде планета, слишком горячая даже для образования сернокислотных облаков, которые мы видим на Венере.

TRAPPIST-1c и d получают немного больше энергии от своей звезды, чем Венера и Земля от Солнца и, как результат, имеют плотную, непригодную для жизни атмосферу. Согласно исследованию, внешние планеты TRAPPIST-1f, g и h, могут быть ледяными мирами.

Результаты работы были опубликованы 1 ноября в Astrophysical Journal.

Больше информации: https://iopscience.iop.org/

В системе TRAPPIST-1 обнаружили две пригодные для жизни планеты

На двух экзопланетах системы TRAPPIST-1, скорее всего, есть вода в жидкой форме, а значит, возможна и жизнь. Об этом говорится в новом исследовании учёных из Планетологического института США.

[advert]

Однако эксперты считают выводы американцев преждевременными, указывая на то, что на этих планетах, вероятно, отсутствует необходимая для жизни атмосфера. Аргументы сторон изучил RT.

Система TRAPPIST-1 © NASA/JPL-Caltech

«Родственники» Земли

Система TRAPPIST-1, пожалуй, главный космический «ньюсмейкер» с момента своего открытия в 2020 году. Ультрахолодный карлик находится в созвездии Водолея на расстоянии 39 световых лет от Земли. По размеру TRAPPIST-1 немногим больше Юпитера, но при этом примерно в 90 раз тяжелее.

Сначала вокруг звезды обнаружили целых семь планет. Затем выяснилось, что все они — землеподобные.

Международная группа учёных во главе с астрофизиками из Планетологического института США предположила, что планеты состоят изо льда, каменистых пород и железа, и с помощью компьютерного моделирования определила их структуру. В итоге специалисты получили новые, уточнённые значения масс для каждой из планет, а также оценили количество содержащейся на них воды.

«Поскольку звезда TRAPPIST-1 старая и тусклая, на поверхностях её планет относительно прохладно: от 127 °C до -107 °C. Планеты также очень близко расположены к своей звезде и совершают полный оборот вокруг неё всего за несколько суток: от 1,5 до 12. Поскольку орбиты этих планет слегка эллиптические, а не круговые, то, вращаясь вокруг звезды, они оказываются то ближе к ней, то дальше от неё.

Под действием гравитационного притяжения звезды на планетах меняются амплитуды приливов. Такой процесс называется приливный разогрев. Всё это способствует тому, что в их недрах выделяется тепло, которое и поддерживает в планетах геологическую активность», — говорит одна из авторов исследования, Эми Барр.

Планеты системы TRAPPIST-1 © NASA/JPL-Caltech

В докладе также сообщается о процессах теплообмена в мантии каждой планеты. Результаты показывали, что у второй и третьей (если считать от звезды) планет, вероятно, частично расплавленные мантии из горных пород.

Более того, на одной из поверхностей есть следы кремнистой магмы, возникшие, вероятно, вследствие извержения, вызванного приливным разогревом. Подобная вулканическая активность характерна для спутника Юпитера Ио.

У планет системы TRAPPIST-1 есть ещё одна интересная особенность: когда они приближаются непосредственно к звезде, то под воздействием её гравитационного поля деформируются, становясь похожими на яйцо. При удалении планеты снова обретают сферическую форму.

«Вполне умеренные» условия

Ещё в прошлом году учёные говорили о трёх планетах системы TRAPPIST-1, которые находятся в так называемой обитаемой зоне: там, где не слишком жарко или холодно, чтобы вода могла находиться в жидком состоянии. А это, в свою очередь, создало бы условия для зарождения и развития жизни.

В итоге были выделены две наиболее пригодные для жизни планеты. Они получили названия TRAPPIST-1d и TRAPPIST-1e. На первой средняя температура — +15 °C. На второй прохладнее: климат примерно такой же, как в Антарктиде. Но это астрофизики назвали «вполне умеренными» условиями. Учёные считают, что планету d и вовсе может покрывать целый океан.

Поспешили с выводами

Впрочем, некоторые учёные сомневаются в том, что в исследовании американцев приводятся достаточно убедительные и весомые научные аргументы для подобных выводов.

«Исследование чисто теоретическое. Его авторы не упомянули о радиации, уровень которой на этих планетах явно превышает земные показатели. Звезда TRAPPIST-1 очень активная. Ещё многое предстоит изучить, прежде чем заявлять, пригодны ли эти планеты для жизни, — например, подробно исследовать состав и плотность их атмосферы, чтобы понять, насколько она может защитить экзопланеты от выбросов энергии», — заявил в беседе с RT астроном, академик, член бюро Отделения физических наук РАН Юрий Балега.

По словам эксперта, в 2020 году NASA запустит новый телескоп «Джеймс Уэбб», который позволит подробнее изучить эту систему, проверить её на наличие воды и потенциальной пригодности для жизни.

Космический телескоп имени Джеймса Уэбба © NASA/Chris Gunn

Скептики сомневаются, что на планетах системы TRAPPIST — в том числе и тех, которые объявили потенциально пригодными для жизни, — существует подходящая атмосфера. Противники «обитаемости» экзопланет говорят, что излучение «родных» звёзд часто уничтожает атмосферу их спутников.

«Уже открыто более 3,5 тыс. экзопланет, и будет открыто ещё больше. Часть из них уже попадает в зону обитаемости, там есть жидкая вода, подходящая температура. Можно сказать, что условия для органической жизни благоприятные. Но многие из таких планет, в том числе системы TRAPPIST-1, вращаются вокруг красных карликов — звёзд малой светимости.

Для них очень характерна высокая хромосферная активность, когда происходят очень сильные вспышки, во много раз сильнее, чем на Солнце. Поэтому планет вокруг красных карликов может быть много, но из-за активности их звёзд они, конечно, не подходят для жизни — по крайней мере так, как мы её представляем на Земле», — пояснил RT доктор физико-математических наук, научный руководитель Института астрономии РАН Борис Шустов.

Жизнь в системе TRAPPIST-1: новое открытие подарило людям надежду

С того момента, как семь экзопланет были обнаружены на орбите вокруг звезды TRAPPIST-1, расположенной всего в 39 световых годах от Земли, астрономы были заняты изучением этих космических объектов. Больше всего их, конечно, интересовал потенциал это звездной системы для развития жизни и будущей колонизации. Несмотря на то, что на многих планетах уже сейчас доказано отсутствие атмосферы (и, как следствие, невозможность появления на них белковых жизненных форм), все не так печально. Недавно международная команда ученых использовала космический телескоп «Хаббл» для оценки возможностей существования на планетах TRAPPIST01 воды в жидкой форме — и результаты исследования выглядят многообещающими.

Как исследуют экзопланеты

С помощью спектрографа Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) на борту «Хаббла», астрономы измерили количество ультрафиолетового излучения, получаемого каждой из семи планет системы. Ученые провели расчеты, чтобы определить, как ультрафиолет может повлиять на количество воды на каждой отдельной планете. В опубликованном исследовании они сделали вывод, что две планеты, расположенные ближе всего к звезде, скорее всего сухие как старая кость — но вот оставшиеся пять, три из которых находятся в т. н. «зоне Златовласки» (т. е. на таком удалении от звезды, где возможна жидкая вода и где может зародиться жизнь), вполне могут содержать на поверхности большое количество воды.

Открытие ученых представляет собой еще один «ключ» к потенциалу нашумевшей системы. С момента открытия ее планет в феврале текущего года, астрономы указывали на высокую вероятность панспермии. Панспермия — это научная гипотеза о том, что жизнь на Земле и других планетах могла зародиться в результате занесения из космического пространства так называемых «зародышей жизни», биологических агентов, которые и запустили цепочку эволюции. Помимо этого, ученые отмечают потенциальные массивные океанические приливы, вызванные гравитационными взаимодействиями — для зарождения жизни этот фактор тоже играет значительную роль. Но не будем забывать про то, что молодая и агрессивная звезда часто испускает солнечные вспышки, разрушающие атмосферу планет.

Новые открытия: куда уходит водород

В чем же суть нового исследования, возглавляемого швейцарским астрономом Винсентом Бурье из Женевской обсерватории? Все достаточно просто. Водород, как всем известно, очень легкий газ и в условиях планетарной гравитации он всегда стремится вверх. Он в состоянии легко покинуть атмосферу планеты, и благодаря сложной электронной начинке «Хаббла», именно его астрономы и могут обнаружить во время наблюдения за системой TRAPPIST-1. Его присутствие считается потенциальным индикатором атмосферного водяного пара. А во время измерения количества УФ-излучения, поражающего планеты, ученые оценивают скорость, с которой а водородом в космос.

Наука

Парад планет 2020: что, где, когда, как и почему?

«Как и в атмосфере нашей планеты, когда ультрафиолетовый солнечный свет отрывает молекулы друг от друга, УФ-излучение звезды может разрывать на водород и кислород водяной пар в атмосферах экзопланет», объясняет Бурье в пресс-релизе.

Наблюдения за звездной системой в течение трехмесячного периода свидетельствуют о том, что постепенная потеря атмосферы сыграла важнейшую роль для развития всех семи планет — и процесс этот продолжается. Расчеты, выполненные командой астрономов, показывают, что самые близкие к звезде планеты, TRAPPIST-1 b и TRAPPIST-1 c (название каждой планеты складывается из имени звезды и литеры, обозначающей ее место в системе), за свою историю потеряли колоссальное количество воды. Они получают больше всего УФ-излучения: для сравнения, это количество ультрафиолета за такой срок заставило бы полностью пересохнуть 20 планет с такими же океанами, как на Земле.

Эдемские кущи или выжженная пустыня?

Что касается пяти оставшихся планет, ситуация куда более обнадеживающая. Исходя из новых данных, они, вероятно, потеряли лишь треть от изначального запаса воды в океанах. Более того, планеты e, f и g должны обладать водой в жидком состоянии — что критически важно для всей программы по поиску жизни. Исследователи предупреждают, что это лишь предположения, поскольку им неизвестна масса каждой отдельной планеты. Кроме того, сами по себе выводы основаны лишь на УФ-спектроскопии, где ученые анализируют наличие любых газов, которые могут присутствовать в атмосфере. Как и всегда, картину прояснит лишь дальнейшее наблюдение и сбор статистических данных, но астрономы уверены, что они на верном пути.

Звезда по имени TRAPPIST-1: найден очередной аналог Солнечной системы

Космический телескоп Hubble уже начал наблюдение за этой системой. Его основной задачей станет поиск атмосфер у планет и попытка определения их состава. С введением в строй будущих обсерваторий, таких как Европейский чрезвычайно большой телескоп и Космический телескоп James Webb, станет возможен поиск воды и, возможно, даже маркеров наличия жизни.

Indicator.Ru попросил прокомментировать это открытие доктора физико-математических наук, ведущего научного сотрудника Государственного астрономического института имени П.К. Штернберга Сергея Попова.

— Насколько это значимое событие?

— С одной стороны, мне кажется, что это очень интересное открытие, с другой, истерия, действительно, неадекватная. Такой же значимости открытия происходят в астрофизике несколько раз в год. Поэтому ситуация выглядит несколько излишне раздутой. Само открытие выглядит скорее как количественный рекорд, нежели как качественный скачок, который меняет наше понимание устройства экзопланетных систем. Хорошее открытие, но оно преувеличено.

— Какой самый интересный аспект этой системы?

— Поскольку это очень легкая звезда, относящаяся к классу самых распространенных в галактике, то мы можем сказать, что маленьких планет должно быть очень много. Важные результаты касаются чего-то общего: на частном примере мы понимаем, что землеподобные планеты, видимо, очень распространены, в первую очередь у легких звезд. С другой стороны, если мы хотим искать жизнь земного типа, то нам нужны другие звезды, в этом смысле звезда TRAPPIST-1 не самая подходящая. Это звезда является одной из самых легких в принципе и с этой точки зрения мне не кажется интересным кандидатом для поиска высокоорганизованной жизни.

— Шесть планет находится в орбитальном резонансе, что говорит об их образовании в более отдаленных областях и последующей миграции. Что можно сказать про свойства этих планет?

— Радиусы можно определелить по свойствам транзита. Массы можно оценить именно из резонансных свойств орбит, хоть и не с большой точностью. Соответственно, можно вычислить их плотность — она оказывается около 1 г/см3, то есть они либо ледяные, либо с толстыми атмосферами, что странно для маленьких планет. Образование далеко от звезды говорит о том, что в их составе могут быть легкие и летучие вещества, но это только хуже с точки зрения жизни. Они могут оказаться аналогами спутника Юпитера Европы, то есть ледяными телами с подледными океанами, но обнаружить там жизнь будет еще труднее. Поэтому говорить, что это копии Земли, не приходится.

— Ученые собираются наблюдать эти планеты при помощи телескопа Hubble. Сможет ли он обнаружить атмосферы и узнать их состав?

— Сложно сказать, но я бы на это не поставил: это задача не для Hubble, он для этого маловат. Скорее всего, придется ждать JWST или наземных телескопов следующего поколения.

— Последнее время проходит много пресс-конференций об астрономических открытиях, для которых намеренно нагнетают информационное сопровождение, например про экзопланету у ближайшей звезды Проксима Центавра. В данном случае речь идет о системе с наибольшим количеством землеподобных планет. Не кажется ли вам, что такое количество мероприятий размывает ценность открытий?

— Да, происходит некоторая девальвация. Но августовская новость про открытие планеты у Проксимы Центавра важна, потому что ближе звезд нет. Так что это было абсолютно рекордное достижение, его не побить. По количеству, конечно, нас ждут новые рекорды, причем буквально в течение двух лет. В конце этого года полетит спутник TESS, отработает год, и в 2020 году польется, как из рога изобилия, информация о маленьких планетах у разных звезд.

— Тогда пресс-конференции станут реже собирать?

— Это вопрос менеджмента. Ничто не мешает так поступать по незначительным поводам. Это событие выглядит… не обманкой, конечно, но хочется чего-то большего. Пафоса слишком много для такого результата.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram.