С помощью космического телескопа «Джеймса Уэбба» НАСА ученые изучают экзопланету TRAPPIST-1 e размером с Землю, находящуюся в обитаемой зоне

Ученые наблюдают за экзопланетой TRAPPIST-1 e с помощью космического телескопа НАСА «Джеймс Уэбб». Тщательный анализ полученных на данный момент результатов позволяет предположить несколько возможных сценариев того, какой может быть атмосфера и поверхность планеты. Научные миссии НАСА закладывают основу для ответа на вопрос: «Одиноки ли мы во Вселенной?»

«Инфракрасные приборы Уэбба предоставляют нам больше данных, чем когда-либо прежде, и первые четыре наблюдения за планетой e, которые нам удалось провести, показывают, с чем нам придётся работать, когда появится остальная информация», — сказал Нестор Эспиноза из Научного института космического телескопа в Балтиморе, штат Мэриленд, главный исследователь в команде.

Из семи планет размером с Землю, вращающихся вокруг красного карлика TRAPPIST-1, планета e представляет особый интерес, поскольку она вращается вокруг звезды на таком расстоянии, при котором теоретически возможна вода на поверхности — не слишком жарко и не слишком холодно, — но только в том случае, если у планеты есть атмосфера. Именно здесь на помощь приходит «Уэбб». Исследователи направили мощный прибор NIRSpec (спектрограф ближнего инфракрасного диапазона) телескопа на систему, когда планета e проходила перед своей звездой. Звёздный свет, проходящий через атмосферу планеты, если таковая имеется, будет частично поглощаться, и соответствующие провалы в световом спектре, достигающем «Уэбба», подскажут астрономам, какие химические вещества там содержатся. С каждым новым прохождением состав атмосферы будет становиться всё более ясным по мере сбора данных.

Первичная атмосфера маловероятна

Несмотря на то, что для планеты e остаётся открытым множество вариантов, поскольку на данный момент проанализированы только четыре транзита, исследователи уверены, что у планеты больше нет первичной, или изначальной, атмосферы. TRAPPIST-1 — очень активная звезда, на ней часто происходят вспышки, поэтому неудивительно, что любая водородно-гелиевая атмосфера, с которой могла сформироваться планета, была уничтожена звёздным излучением. Однако многие планеты, в том числе Земля, после потери первичной атмосферы накапливают более тяжёлую вторичную атмосферу. Возможно, планета e никогда не могла этого сделать и у неё нет вторичной атмосферы. Тем не менее исследователи говорят, что вероятность наличия атмосферы равна нулю, и команда разработала новые подходы к работе с данными «Уэбба», чтобы определить потенциальную атмосферу и условия на поверхности планеты e.

По мнению исследователей, маловероятно, что в атмосфере TRAPPIST-1 e преобладает углекислый газ, как в плотной атмосфере Венеры и разреженной атмосфере Марса. Однако исследователи также отмечают, что прямых параллелей с нашей Солнечной системой нет.

«TRAPPIST-1 сильно отличается от нашего Солнца, и поэтому планетная система вокруг неё тоже сильно отличается, что ставит под сомнение как наши наблюдения, так и теоретические предположения», — сказала член исследовательской группы Николь Льюис, доцент кафедры астрономии Корнеллского университета.

По словам исследователей, если на TRAPPIST-1 e есть жидкая вода, то она будет сопровождаться парниковым эффектом, при котором различные газы, в частности углекислый газ, поддерживают стабильность атмосферы и сохраняют тепло на планете.

«Небольшой парниковый эффект может иметь большое значение», — сказал Льюис. Измерения не исключают наличия достаточного количества углекислого газа для поддержания жизни на поверхности. Согласно анализу, проведённому командой, вода может существовать в виде глобального океана или покрывать меньшую площадь планеты, где звезда находится в точке вечного полдня, окружённой льдом. Это возможно, потому что из-за размеров планет TRAPPIST-1 и их близкого расположения к звезде считается, что все они находятся в приливном захвате: одна сторона всегда обращена к звезде, а другая всегда находится в темноте.

Инновационный новый метод

Эспиноза и соруководитель исследования Натали Аллен из Университета Джонса Хопкинса возглавляют команду, которая в настоящее время проводит 15 дополнительных наблюдений за планетой e с использованием инновационного подхода. Ученые планируют наблюдения таким образом, чтобы «Уэбб» зафиксировал прохождение обеих планет b и e по диску звезды одну за другой. После предыдущих наблюдений «Уэбба» за планетой b, которая находится ближе всего к TRAPPIST-1, ученые почти уверены, что это голый камень без атмосферы. Это означает, что сигналы, обнаруженные во время транзита планеты b, могут быть связаны только со звездой, а поскольку планета e проходит транзитом почти в то же время, влияние изменчивости звезды будет менее значительным. Ученые планируют сравнить данные с обеих планет, и любые признаки наличия химических веществ, которые проявляются только в спектре планеты e, можно будет отнести на счет ее атмосферы.

«Мы всё ещё находимся на ранней стадии изучения того, какие удивительные научные открытия мы можем сделать с помощью телескопа «Уэбб». Невероятно, что мы можем измерять детали звёздного света вокруг планет размером с Землю, находящихся на расстоянии 40 световых лет от нас, и узнавать, какова там может быть атмосфера, если там вообще может быть жизнь», — сказала Ана Глидден, научный сотрудник Института астрофизики и космических исследований Кавли при Массачусетском технологическом институте, которая руководила исследованием возможной атмосферы планеты e. «Мы вступаем в новую эру исследований, и быть её частью очень интересно», — сказала она.

Четыре транзита TRAPPIST-1 e, проанализированные в новых статьях, опубликованных сегодня, были собраны группой исследователей телескопа JWST в рамках проекта DREAMS (Deep Reconnaissance of Exoplanet Atmospheres using Multi-instrument Spectroscopy — «Глубокое изучение атмосфер экзопланет с помощью многоинструментальной спектроскопии»).

Источник: NASA, ESA, CSA, STScI, Джозеф Олмстед (STScI)

На изображении:

На этой иллюстрации художника изображена нестабильная красная карликовая звезда TRAPPIST-1 и четыре планеты, вращающиеся вокруг неё на наиболее близком расстоянии. Все они были обнаружены космическим телескопом НАСА «Джеймс Уэбб». «Уэбб» пока не обнаружил явных признаков наличия атмосферы ни на одной из этих планет.