Международная группа исследователей использовала космический телескоп имени Джеймса Уэбба НАСА для расчета количества тепловой энергии, исходящей от скалистой экзопланеты TRAPPIST-1c. Результат предполагает, что атмосфера планеты – если она вообще существует – чрезвычайно разрежена.
При температуре на дневной стороне примерно 380 кельвинов (около 225 градусов по Фаренгейту) TRAPPIST-1c в настоящее время является самой холодной скалистой экзопланетой, когда-либо характеризовавшейся на основе теплового излучения. Точность, необходимая для этих измерений, еще раз демонстрирует полезность Уэбба для характеристики скалистых экзопланет, сходных по размеру и температуре с таковыми в нашей собственной солнечной системе.
Полученный результат знаменует собой еще один шаг в определении того, могут ли планеты, вращающиеся вокруг маленьких красных карликов, таких как TRAPPIST-1 – наиболее распространенный тип звезд в галактике, – поддерживать атмосферу, необходимую для поддержания жизни в том виде, в каком мы ее знаем.
“Мы хотим знать, есть ли у скалистых планет атмосферы или нет”, - сказал Себастьян Зиба, аспирант Института астрономии Макса Планка в Германии. “В прошлом мы могли по-настоящему изучать планеты только с плотной атмосферой, богатой водородом. С помощью Уэбба мы, наконец, можем начать поиск атмосфер, в которых преобладают кислород, азот и углекислый газ”.
“TRAPPIST-1 c интересен тем, что это, по сути, близнец Венеры: он примерно того же размера, что и Венера, и получает такое же количество излучения от своей звезды-хозяина, какое Венера получает от Солнца”, - объяснила соавтор исследования Лора Крейдберг, также из Max Planck. “Мы думали, что у нее может быть плотная атмосфера из углекислого газа, как у Венеры”.
TRAPPIST-1 c - одна из семи скалистых планет, вращающихся вокруг ультрахолодной звезды красного карлика (или M-карлика) в 40 световых годах от Земли. Хотя планеты похожи по размеру и массе на внутренние скалистые планеты нашей солнечной системы, неясно, действительно ли у них похожие атмосферы. В течение первого миллиарда лет своей жизни М-карлики излучают яркое рентгеновское и ультрафиолетовое излучение, которое может легко стереть молодую атмосферу планеты. Кроме того, при формировании планет могло быть или не быть достаточно воды, углекислого газа и других летучих веществ для создания существенных атмосфер.
Чтобы ответить на эти вопросы, команда использовала MIRI (прибор Уэбба в средней инфракрасной области) для наблюдения системы TRAPPIST-1 в четырех отдельных случаях, когда планета двигалась за звездой, явление, известное как вторичное затмение. Сравнивая яркость, когда планета находится за звездой (только звездный свет), с яркостью, когда планета находится рядом со звездой (свет от звезды и планеты вместе взятых), команда смогла рассчитать количество света в среднем инфракрасном диапазоне с длинами волн 15 микрон, испускаемого дневной стороной планеты.
Этот метод такой же, как и тот, который использовался другой исследовательской группой для определения того, что TRAPPIST-1 b, самая внутренняя планета в системе, вероятно, лишена какой-либо атмосферы.
Количество света в среднем инфракрасном диапазоне, излучаемого планетой, напрямую связано с ее температурой, на которую, в свою очередь, влияет атмосфера. Газообразный углекислый газ преимущественно поглощает 15-микронный свет, из-за чего планета кажется более тусклой на этой длине волны. Однако облака могут отражать свет, делая планету ярче и маскируя присутствие углекислого газа.
Кроме того, плотная атмосфера любого состава будет перераспределять тепло с дневной стороны на ночную, в результате чего температура на дневной стороне будет ниже, чем была бы без атмосферы. (Поскольку TRAPPIST-1 c вращается так близко к своей звезде – примерно на 1/50-й расстояния между Венерой и Солнцем, – считается, что она замкнута в приливно-отливном режиме: одна сторона находится в постоянном дневном свете, а другая - в бесконечной темноте.)
Хотя эти первоначальные измерения не дают окончательной информации о природе TRAPPIST-1 c, они помогают сузить вероятные возможности. “Наши результаты согласуются с тем, что планета представляет собой голую скалу без атмосферы или планету с действительно тонкой атмосферой CO2 (тоньше, чем на Земле или даже Марсе) без облаков”, - сказал Зиба. “Если бы у планеты была плотная атмосфера из CO2, мы бы наблюдали действительно неглубокое вторичное затмение или его вообще не было. Это потому, что CO2 поглощал бы весь 15-микронный свет, поэтому мы не обнаружили бы ничего исходящего от планеты ”.
Данные также показывают, что маловероятно, что планета является настоящим аналогом Венеры с плотной атмосферой CO2 и облаками серной кислоты.
Отсутствие плотной атмосферы предполагает, что планета, возможно, сформировалась с относительно небольшим количеством воды. Если более холодные планеты TRAPPIST-1 с более умеренным климатом сформировались в похожих условиях, они тоже могли начать с небольшого количества воды и других компонентов, необходимых для того, чтобы сделать планету пригодной для жизни.
Чувствительность, необходимая для различения различных атмосферных сценариев на такой маленькой планете, расположенной так далеко, поистине замечательна. Снижение яркости, которое Уэбб обнаружил во время вторичного затмения, составило всего 0,04 процента: это эквивалентно тому, что, взглянув на дисплей с 10 000 крошечных лампочек, можно заметить, что погасло всего четыре.
“Удивительно, что мы можем это измерить”, - сказал Крейдберг. “На протяжении десятилетий возникали вопросы о том, могут ли скалистые планеты сохранять атмосферу. Способность Уэбба действительно выводит нас в режим, когда мы можем начать сравнивать системы экзопланет с нашей солнечной системой так, как мы никогда раньше не сравнивали ”.
Это исследование было проведено в рамках программы 2304 общих наблюдателей Уэбба, которая является одной из восьми программ первого года научной деятельности Уэбба, призванных помочь полностью охарактеризовать систему TRAPPIST-1. В следующем году исследователи проведут последующее исследование, чтобы пронаблюдать за полными орбитами TRAPPIST-1 b и TRAPPIST-1 c. Это позволит увидеть, как меняются температуры на дневных и ночных сторонах двух планет, и предоставит дополнительные ограничения на то, есть ли у них атмосферы или нет.
Источник: НАСА, ЕКА, CSA
Информация и фото также есть в сообществе в ВК https://vk.com/fotoastronomiya
Дополнительные материалы
