Планеты TRAPPIST-1 сохранили атмосферу и воду с помощью вулканов 

У семи похожих друг на друга землеподобных экзопланет системы TRAPPIST-1 одна общая проблема — они обращаются вокруг красного карлика, а такие звезды известны своими экстремальными вспышками. Ученые задаются вопросом, насколько критична для этих миров радиация их солнца и есть ли у них шансы сохранять богатую водой атмосферу в таких условиях. По итогам недавних подсчетов планетологи сделали обнадеживающий вывод: даже слабая вулканическая активность может восполнять потери водяного пара над поверхностью.

Расположенная всего в 39 световых годах от нас система TRAPPIST-1 — редкость сразу по нескольким причинам. Во-первых, не в каждой системе можно встретить целых семь планет. Во-вторых, все они — с предполагаемой твердой поверхностью, притом по размерам и массе более или менее сравнимы с Землей.

За это сходство с нашей планетой и друг с другом семейство TRAPPIST-1 прозвали «гороховым стручком». Поскольку и сама звезда их — маломассивный красный карлик, это позволяет предположить, что вся система сформировалась в не слишком богатом веществом протопланетном диске. 

Но самое интересное — картина, которая возникает при сравнении размеров и масс всех этих миров: по плотности они немного уступают Земле. Это может означать, что внутри планеты либо нет тяжелого металлического ядра, либо есть много летучего вещества. Если верно второе, то скорее всего это летучее вещество — вода: она может стабильно сохраняться в недрах планеты, и вообще ее должно быть очень много в космосе: водород — самый распространенный химический элемент во Вселенной, и кислород — тоже в списке «лидеров». 

Эта россыпь экзо-Земель расположилась к своему карликовому солнцу намного ближе, чем Меркурий к своему. Самая дальняя планета в системе держится всего в девяти с небольшим миллионах километрах от звезды. Напомним, Меркурий от Солнца отделяют 58 миллионов километров. Но большинству планет TRAPPIST-1 на таких расстояниях абсолютно не жарко, поскольку их светило — слабое и «холодное». Более того, три из семи миров оказались именно там, где вода при ее наличии полностью не испарится и не замерзнет — в так называемой зоне потенциальной обитаемости. 

Все это вызывает неизменный интерес к их судьбе. По оценкам, системе 7,6 миллиарда лет, то есть она на три миллиарда лет старше Солнечной и просуществует еще столько же и даже дольше: красные карлики отличаются c трудом вообразимой «живучестью» — они настолько неспешно расходуют свой водород в процессе нуклеосинтеза, что, по мнению астрономов, могут продолжать это делать дольше, чем на сегодняшний день успела просуществовать сама Вселенная. Напомним, ей 13,8 миллиарда лет. 

Создавшуюся в целом благоприятную картину сильно омрачает широко известная особенность «характера» красных карликов: они производят чрезвычайно сильные вспышки. Они бывают в тысячи раз мощнее солнечных. Это означает серьезную опасность для планет — радиация просто «сдувает» их атмосферы. Поэтому неудивительно, что атмосфер в системе достоверно обнаружить не удается. Тем не менее планетологи не спешат исключать возможность их существования, и недавнее исследование ученых из Вашингтонского университета (США) дает TRAPPIST-1 новую надежду. 

Исследователи решили оценить, какими темпами планеты должны терять свой воздух — а главное, водяной пар — под действием звездного излучения и насколько невосполнимы эти потери. Своими выводами ученые поделились в статье, доступной на сервере препринтов arXiv.org, и выводы эти в целом следующие: вода вполне может продолжать выходить из недр планет во время извержений вулканов и компенсировать «украденное» радиацией. 

На Земле водяной пар — главный компонент вулканических газов. Ученые склоняются к тому, что вулканическая активность на планетах TRAPPIST-1 должна быть намного слабее земной, но при этом их мантии могут быть очень «водянистыми». Некоторые расчеты не исключают и в восемь раз более интенсивное поднятие воды из глубин этих миров, чем на Земле.

К примеру, по приведенным данным, TRAPPIST-1c за миллиарды лет существования могла выделить столько воды, сколько хватило бы на 50 земных океанов. Правда, она расположена слишком близко к звезде — всего в 2,4 миллиона километрах, так что удержать такое богатство при себе не в силах. 

Зато для миров в умеренной зоне, по мнению исследователей, даже сравнительно слабого вулканизма может оказаться вполне достаточно для поддержания богатой водой атмосферы и даже существования водоемов на поверхности.