Раскрыта причина отсутствия атмосфер у землеподобных планет в «обитаемой» зоне

Известно уже несколько десятков экзопланет, которые по размерам и массе сравнимы с Землей, обращаются вокруг карликовых звезд и при этом располагаются в зоне потенциальной обитаемости — там, где океаны при наличии не испарятся и не замерзнут полностью. Проблема в том, что пока ни у одной из этих планет не наблюдается достаточно плотной атмосферы. Ученые решили разобраться, в чем дело.

Нынешняя земная атмосфера — вторичная: она постепенно «накопилась» уже после того, как возникла сама планета, а источниками «накоплений» считают извержения вулканов и жизнедеятельность микроорганизмов. Без жизни на Земле не было бы столько кислорода, но углекислый газ и азот все равно остались бы.

Следуя этой логике, в космосе много лет разыскивают такие же «Земли», но пока не находят то, что нужно, — планеты, отвечающие четырем критериям: сравнимые с Землей по размеру и массе; карликовая родительская звезда; нахождение на самом комфортном расстоянии от нее; наличие плотной атмосферы. Первым трем требованиям отвечает уже целый список миров, но атмосферного богатства у них не обнаруживается.

Очень яркий пример — расположенная всего в 39 световых годах от нас система TRAPPIST-1, которую астрономы прозвали «гороховым стручком» за то, что в ней наблюдают целую россыпь примерно одинаковых каменистых, землеподобных планет. Три из них расположены в зоне потенциальной обитаемости, возле своего маленького солнца — красного карлика. Но даже их наблюдения через новейшую орбитальную обсерваторию «Джеймс Уэбб» приводят к неутешительному выводу: похоже, они практически безвоздушные.

Исследователи подозревают, что причиной в этом случае стала типичная особенность красных карликов: они испускают очень мощные вспышки. Астрофизики из Австрии решили на примере TRAPPIST-1 рассчитать то минимальное расстояние от карликовой звезды, на котором планета может достаточно долго удерживать свою атмосферу. Результатами ученые поделились в статье, доступной на сервере препринтов Корнеллского университета (США).

Авторы смоделировали ситуацию для планет именно земных габаритов, которые расположены возле звезд массой от 0,1 до 1,2 солнечной и возрастом от миллиона до нескольких миллиардов лет. На разных этапах эволюции звезды по-разному светят и греют, так что это тоже важно. При этом рассматривали разные варианты соотношения углекислого газа и азота в атмосфере.

Выяснилось, что, как и следовало ожидать, зона потенциальной обитаемости с зоной удержания атмосферы полностью не совпадает, но они могут пересекаться, если планета держится примерно в пять раз ближе к звезде, чем Земля к Солнцу, а звезда при этом — красный карлик массой примерно в половину нашего светила.

Астрофизики «подставили» свои результаты под местоположения реально наблюдаемых и подходящих экзопланет. Оказалось, практически все они — слишком близко к своим звездам. В TRAPPIST-1 зона удержания атмосферы находится гораздо дальше, чем «нужно»: если поместить туда планеты, они уже будут за пределами потенциально обитаемой зоны.

Но одна экзопланета оказалась почти в идеальном месте — и на территории «обитаемости», и прямо возле той линии, где она может долго удерживать атмосферу из углекислого газа с маленькой добавкой азота. Это TOI-700 d из системы красного карлика в 101 световом годе от нас.

Масса экзопланеты немного более земной, а в радиусе она практически такая же, как наша планета. Впрочем, даже на нее, по словам исследователей, надежд немного: ранее исследования показали, что без сильного магнитного поля TOI-700 d свой воздух удержать не может. В любом случае в ближайшие месяцы ее планируют снова понаблюдать.