Подобная земной атмосфера может не пережить существование на орбите Проксима b

Проксима b, экзопланета, находящаяся за пределами нашей Солнечной Системы в пригодной для существования жизни у её звезды, не в состоянии сохранять свою атмосферу. Это ведёт к тому, что поверхность планеты подвергается вредному звёздному излучению, уменьшая её потенциал обитаемости.

Эта экзопланета расположена в сего лишь в четырёх световых годах от нас, она является самым близким к нам внесолнечным соседом. Однако вследствие того, что для наблюдателя с Земли эта экзопланета не проходит по диску своей родной звезды, у исследователей нет возможности исследовать её атмосферу обычными методами.

Была разработана одна компьютерная модель, которая показало то, что произошло, если бы Земля вращалась вокруг звезды Проксима Центавра — самой близкой к нам звезды и хозяина экзопланеты Проксима b — по той же орбите, что и экзопланета. Это исследование было издано 24 июля 2017 года в издании The Astrophysical Journal Letters (https://doi.org/10.3847/2041-8213/aa7eca). В качестве заключения учёные приходят к выводу, что атмосфера Земли не выжила бы в такой непосредственной близости от красного карлика.

«Мы решили взять единственную на сегодняшний день известную планету, которая может обладать жизнью — Землю — и поместить её на орбиту Проксима b», — Кэтрин Гарсиа-Сейдж, специалист в области космических исследований в Центре космических полётов имени Годдарда, ведущий автор исследований. Эта работа была поддержана проектом NExSS, который является лидирующим в поиске жизни на других планетах за пределами Солнечной Системы, и институтом Астробиологии НАСА.

Только из-за того, что Проксима b находится в зоне обитания, то есть вода на её поверхности может существовать в жидком виде, не означает, что она пригодна для существования жизни. Это понятие на принимает во внимание, например, существует ли фактически вода на планете, или могла бы атмосфера существовать на орбите планеты. А правильная атмосфера также важна для жизни, во всяком случае в том её виде, в каком она нам известна. Наличие правильной атмосферы допускает регулирование климата, наличие правильного давления на поверхности, создания экрана от опасной космической среды.

Компьютерная модель, разработанная специалистами, использовала данные об атмосфере Земли, магнитном поле и гравитационной силе, применительно к экзопланете Проксима b. Они также вычислили, какое количество излучения в среднем исходит от звезды Проксима Центавра по данным от рентгеновской обсерватории «Чандра». Со всеми этими данными удалось создать модель того, как интенсивное излучение звезды влияет на атмосферу экзопланеты.

«Вопрос заключается в том, сколько сейчас потеряно оригинальной атмосферы и как вообще проходит этот процесс? Если мы вычислим эту скорость, то сможем оценить, сколько времени потребуется атмосфере, чтобы полностью улетучиться, и сравнить это с жизненным циклом экзопланеты», — Офер Коэн, специалист в области космических исследований из Массачусетсткого университета.

Звезда Проксима Центавра является активным красным карликом, а унос атмосферы планеты происходит, когда высокоэнергетическое ультрафиолетовое излучение этой звезды ионизирует атмосферные газы, выбивая электроны со своих орбит и производя электрически заряженные частицы. Посредством этого процесса недавно сформированные электроны получают достаточно энергии, чтобы у них появилась возможность преодолеть гравитацию планеты и вылететь из атмосферы.

На своей орбите экзопланета Проксима b, вероятнее всего, не сможет содержать атмосферу, подобную Земной. Источник: NASA’s Goddard Space Flight Center/Mary Pat Hrybyk-Keith

На своей орбите экзопланета Проксима b, вероятнее всего, не сможет содержать атмосферу, подобную Земной. Источник: NASA’s Goddard Space Flight Center/Mary Pat Hrybyk-Keith

Как известно, противоположно заряженные частицы притягиваются, поэтому, поскольку отрицательные электроны покидают атмосферу, они создают мощное разделение зарядов, которое начинает вытягивать положительно заряженные ионы также в космос.

Зона обитания вокруг звезды Проксима Центавра испытывает на себе влияние очень сильного ультрафиолетового излучения, которое в сотни раз больше, чем получает Земля от Солнца. Это излучение генерирует достаточно энергии, чтобы выбить не только самые лёгкие молекулы, такие как водород, но также и более тяжёлые элементы, такие как кислород и азот, но только в течение более длительного времени. Модель показывает, что мощное излучение этой звезды истощает атмосферу, подобную земной, в 10000 раз быстрее, чем Солнце у нашей планеты.

«Это было довольно простым анализом, основывающимся на средней активности звезды. Модель не учитывает влияние различных экстремальных значений, нагревающих атмосферу звезды, или сильные звёздные вспышки, влияющие на магнитное поле экзопланеты. А все эти вещи могут создать ещё больше вредного излучения, а, следовательно, и атмосфера уносится быстрее».

Чтобы понять, как этот процесс может варьироваться, учёные изучили два других фактора, которые усиливают унос атмосферы. Во-первых, они рассмотрели температуру нейтральной атмосферы, называемой термосферой. Они вычислили, что по мере нагрева термосферы от большего количества звёздного излучения, атмосферные унос усиливается.

Учёные также уточнили размер области, над которой начинается унос атмосферы. Наиболее чувствительными к магнитным эффектам планеты являются в своих магнитных полюсах. Когда линии магнитного поля замкнуты, полярная шапка ограничена, и заряженные частицы остаются около планеты. С другой стороны, больший унос возникает, когда линии магнитного поля открыты, предоставляя дорожку для уноса молекул.

«Это исследование смотрит на недооценённый аспект обитаемости планеты, который заключается в уносе атмосферы в контексте звёздной физики. Дело в том, что планеты обладают многими различными системами взаимодействия с окружающим пространством, поэтому очень важно удостовериться, что мы включили всех их в наши модели».

Учёные подсчитали, что при максимально высокой температуре термосферы и абсолютно разомкнутым магнитным полем, Проксима b сможет потерять атмосферу нашей Земли уже через 100 миллионов лет. Это очень короткий промежуток времени, если учитывать, что эта экзопланета существует уже 4 миллиарда лет. Когда же исследователи максимально понизили температуру и замкнули магнитное поле, полная атмосфера улетучилась уже через 2 миллиарда лет.

«Вещи могут быть действительно интересными, если экзопланета обладает атмосферой, но показатели её потери здесь настолько высоки, чтобы обитаемость Проксима b скорее всего неправдоподобна. И это исследование подвергает сомнению обитаемость планет вокруг таких красных карликов в целом», — Джереми Дрейк, астрофизик в Гарвард-Смитсоновском центре астрофизики.

Красные карлики, такие как Проксима Центавра или TRAPPIST-1 часто являются целью для поисков экзопланет, потому что они являются самыми холодными, самыми маленькими и наиболее распространёнными звёздами в Галактике. Поскольку они более холодны и не такие яркие, планеты должны находится на вполне приемлемых орбитах для наличия жидкой воды.

Но если атмосферным потерям не будет противодействовать некий другой процесс, как активная вулканическая деятельность или кометная бомбардировка, эта непосредственная близость, как выяснили учёные, чаще всего не обещает выживаемой среды или устойчивой атмосферы.

По информации НАСА.

Источник: www.theuniversetimes.ru