Впервые обнаружена атмосфера у похожей на Землю планеты

Астрономы обнаружили атмосферу у каменистой планеты размером с Землю, вращающейся в обитаемой зоне своей звезды, а само открытие называют по-настоящему монументальным. Работа опубликована в журнале Science.

Планета, у которой наконец нашли воздух

Каменистая планета LHS 1140 b находится в 48 световых годах от Земли, и, согласно новому исследованию, в ее атмосфере обнаружили гелий. Это первая каменистая планета, атмосферу которой удалось обнаружить напрямую, да ещё и первая такая планета, найденная именно в обитаемой зоне — на расстоянии от звезды, подходящем для существования жидкой воды.

«Мы фактически напрямую обнаружили гелий, присутствующий в самой атмосфере, и это первое прямое обнаружение каменистой экзопланеты, что действительно захватывающ, а еще есть дополнительный бонус — она находится в обитаемой зоне, что невероятно важно для астробиологии, изучения обитаемости и поиска жизни. Это кажется немного нереальным», — рассказала автор исследования Коллин Черубим

Что известно о самой планете

LHS 1140 b открыли еще в 2017 году — команда астрономов тогда работала под руководством Джейсона Диттмана, который теперь стал соавтором и нового исследования.

«Эту планету обнаружили около 10 лет назад, и только сейчас мы говорим — хорошо, у нее есть атмосфера, — говорит Диттман. — Мы постепенно сокращаем разрыв и проверяем эти параметры, мы находим каменистую планету, планету с подходящей температурой, и теперь мы наконец-то нашли планету с атмосферой».

Раз планета каменистая, у нее точно есть твердая поверхность — «она состоит из камней», отмечает Диттман. Как эта поверхность выглядит, пока сказать нельзя, но исследователи считают весьма вероятным присутствие на планете воды.

Планета вращается вокруг красного карлика — звезды меньше и холоднее Солнца, но находится к своему светилу гораздо ближе, чем Земля к Солнцу, поэтому температура на ее поверхности все равно попадает в так называемую «зону Златовласки», где может существовать жидкая вода.

«Вероятно, там также много воды, — говорит Черубим. — Если там есть хоть какое-то количество атмосферы, способной создавать парниковый эффект, а мы знаем, что она там есть то, скорее всего, там будут условия, которые мы считаем пригодными для жизни на Земле».

Похожа ли эта планета на Землю? Точной копией ее не назвать, но, по словам Черубим, сходство есть по двум ключевым параметрам — общему составу (планета каменистая, вероятно, с железным ядром, и теперь у нее известна атмосфера) и температуре, идеально подходящей для существования жидкой воды.

Почему это было так трудно найти

Первую экзопланету за пределами Солнечной системы подтвердили чуть больше 30 лет назад, а с тех пор ученые нашли уже больше 6000 таких миров. Несколько каменистых планет и раньше находили в обитаемых зонах их звезд, но атмосферу у каменистой планеты в обитаемой зоне подтвердили только сейчас.

Одна из причин такой сложности — сами звезды. LHS 1140 b вращается вокруг красного карлика, самого распространенного типа звезд во Вселенной, размером примерно в треть нашего Солнца. Такие звезды остаются активными куда дольше солнцеподобных светил и то и дело выбрасывают мощные вспышки излучения, которые обычно попросту сдувают атмосферу с планет по соседству. Поэтому долгое время было неясно, могут ли планеты возле красных карликов вообще сохранить атмосферу.

«Это открытие имеет огромное значение, поскольку оно показывает, что, по крайней мере, эта каменистая планета сохранила атмосферу на протяжении миллиардов лет», — говорит Черубим.

По ее словам, это убедительное доказательство того, что атмосфера в принципе может существовать у каменистых экзопланет.

Помимо гелия в атмосфере планеты вполне может быть и что-то еще, а часть газов, возможно, уже сдуло излучением звезды. Но сам красный карлик, вокруг которого вращается LHS 1140 b, — уже довольно пожилая звезда, ей около 6 миллиардов лет, то есть на несколько миллиардов больше того возраста, когда активность подобных звезд обычно начинает стихать. Поэтому, хотя гелий и продолжает медленно улетучиваться из атмосферы планеты, как, впрочем, происходит и с земным гелием, команда рассчитывает, что в целом атмосфера сохранится.

Как удалось это доказать

Все началось с теоретической модели, которую Черубим разработала ещё во время учёбы в аспирантуре.

«Это стало результатом очень конкретного предсказания, основанного на модели эволюции планет, которую я сам разработала с нуля, исходя из основных принципов, для своей докторской диссертации как теоретик, и я сделала очень конкретное предсказание относительно этой планеты, — вспоминает она. — А затем я сделала довольно неожиданную, странную вещь, используя метод, обычно применяемый для наблюдения за гигантскими планетами, и я использовала его для каменистой планеты, чего никто раньше не делал».

Команда проверила модель Черубим с помощью спектрографа WINERED на обсерватории Магеллана в Чили. Наблюдения позволили в одну и ту же ночь увидеть, как LHS 1140 b и еще одна планета проходят перед своей звездой — а по спектральным данным удалось выделить молекулярные сигнатуры их атмосфер. Одна из планет результатов не показала, зато вторая дала четкий, неоспоримый сигнал именно гелия.

«И вот, к моему удивлению, я провела измерение, которое полностью совпало с моим предсказанием, — говорит Черубим. — Было очень приятно замкнуть весь цикл научного метода».