Международная команда астрономов объявила об открытии потенциально обитаемой экзопланеты размером почти с Землю и с земной температурой.
Исследование опубликовано в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, а коротко о нем рассказывает Phys.org. Интригующая планета была обнаружена с помощью космических телескопов TESS и CHEOPS. Она получила название Gliese 12 b, так как вращается вокруг холодного красного карлика Gliese 12, расположенного всего в 40 световых годах от Земли.
Ее основные характеристики настолько похожи на земные, что в своей работе исследователи называют этот мир потенциально пригодным для жизни. Планета обращается вокруг своей звезды каждые 12,8 дней, по размеру она сравнима с Венерой, то есть немного уступает Земле.
Но самым интригующим стал тот факт, что поверхностная температура на планете составляет всего 42 градуса Цельсия, что сопоставимо с земной температурой. На сегодняшний день открыто уже более 5000 экзопланет, и поверхностная температура на всех этих мирах гораздо выше земной.
Однако ученые считают: столь низкая температура может свидетельствовать о том, что у вновь открытого мира нет атмосферы. А это значительно снижает ее потенциал обитаемости. С другой стороны, авторы работы не исключают, что новый мир может обладать атмосферой, подобной земной. Или атмосферой, похожей на атмосферу Венеры. Правда, в последнем случае шансы на обитаемость также значительно снижаются.
В любом случае, вновь открытый мир похож на Землю куда больше, чем подавляющая часть известных науке миров, хотя и не является единственной экзопланетой, напоминающей Землю. Однако новая планета требует пристального изучения. Сопоставимая с земной температура рождает надежду на то, что на поверхности Gliese 12 b может присутствовать жидкая вода, которая считается необходимым условием для существования жизни.
Международная команда исследователей объявила об обнаружении новой экзопланеты. По своим физическим характеристикам она напоминает Венеру. Открытие было сделано при помощи телескопа TESS. Он отслеживает регулярные колебания яркости звезд, которые могут быть вызваны транзитами обращающихся вокруг них экзопланет.
Проанализировав данные TESS, астрономы обратили внимание на звезду Gliese 12. Это холодный красный карлик, расположенный почти в 40 световых годах от нас по направлению к созвездию Рыб. Размер звезды составляет 27 % от размера Солнца, а температура поверхности — около 60% от солнечной. Каждые 12,8 дня ее яркость уменьшается, что свидетельствует о наличии у светила компаньона.
Вновь открытая экзопланета получила обозначение Gliese 12 b. Ее орбита проходит на расстоянии в 10,5 млн км от красного карлика. Это 7% от расстояния между Землей и Солнцем. Gliese 12 b меньше Земли и по размерам сопоставима с Венерой. Другое сходство заключается в количестве получаемой энергии. Экзопланета получает от своей звезды в 1,6 раза больше энергии, чем Земля от Солнца, и примерно 85 % от того, что достается Венере. Если предположить, что у Gliese 12 b нет атмосферы, то температура поверхности составляет примерно 42 °C.
Астрономы считают, что изучение Gliese 12 b может ответить на ряд важных вопросов. Особенно их интересует наличие у нее атмосферы. Красные карлики это, как правило, весьма активные звезды, которые часто производят мощные вспышки. Многие исследователи считают, что со временем они могут полностью сдуть атмосферу близких экзопланет.
Однако проведенные учеными анализы показывают, что Gliese 12 не демонстрирует никаких признаков экстремального поведения. Поэтому эта система является отличной целью для углубленного изучения при помощи телескопа James Webb. Данные о том, есть у Gliese 12 b атмосфера или нет, станут важным шагом на пути к углублению понимания того, насколько жизнепригодны системы красных карликов и сыграют важную роль в общей оценке обитаемости нашей галактики.
Инфракрасный космический телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил вторичную атмосферу у горячей суперземли 55 Рака е, которая возникла из-за дегазации океана магмы. На сегодняшний день это наиболее надежное доказательство наличия атмосферы у скалистой экзопланеты. Статья опубликована в журнале Nature.
Поиски атмосферы у известных скалистых экзопланет важны не только для понимания их происхождения и эволюции, но и для оценки потенциальной обитаемости. Получить информацию о наличии атмосферы у экзопланеты и ее свойствах можно в ходе наблюдений за событиями транзита экзопланеты по диску своей звезды или вторичными затмениями, когда экзопланета проходит позади звезды. Однако из-за того, что скалистые экзопланеты небольшие по размерам, до сих пор не было случаев надежного обнаружения атмосферы у таких тел. В основном ученые либо не находят газовую оболочку, либо получают верхние ограничения на свойства атмосферы или результаты, которые можно по-разному интерпретировать.
Группа астрономов во главе с Ренью Ху (Renyu Hu) из Лаборатории реактивного движения NASA сообщила о самом надежном на сегодня случае регистрации атмосферы у скалистой экзопланеты, которой стала 55 Рака е. Ученые анализировали данные наблюдений за экзопланетой во время двух вторичных затмений в 2022 и 2023 годах при помощи инструментов NIRCam и MIRI «Джеймса Уэбба».
55 Рака е представляет собой горячую (равновесная температура около двух тысяч кельвинов) суперземлю радиусом 1,95 радиуса Земли, массой 8,8 массы Земли и орбитальным периодом 0,7 дня. Это самая близкая из пяти экзопланет к родительской звезде К-типа, находящейся в 41 световом годе от Солнца. Ранее за экзопланетой велись неоднократные наблюдения, которые не нашли первичной атмосферы из водорода и гелия, однако подтвердить или опровергнуть наличие вторичной атмосферы, возникшей уже после формирования экзопланеты, не удавалось.
Измеренная яркостная температура экзопланеты составила 1796 кельвин, что ниже, чем значение в модели с нулевыми альбедо и отсутствием перераспределения тепла, что характерно для лишенных газовых оболочек скалистых тел. Лава эффективно обеспечить подобный транспорт тепла не может, что говорит в пользу наличия газовой оболочки. Наиболее подходящие под данные наблюдений модели атмосферы богаты CO2 или СО, с давлением на уровне 0,01–100 бар, не исключается наличие H2O, SO2 или PH3.
Газовая оболочка пополняется за счет испарения океана магмы и устойчива к интенсивному излучению звезды, ее наличие также объясняет изменчивость теплового излучения от экзопланеты по данным телескопа «Спитцер». В атмосфере могут возникать короткоживущие облака и содержаться вещества-поглотители коротковолнового излучения, такие как Na, K, Mg, MgO или SiO, приводящие к нагреву верхних слоев.
Спорные результаты при исследовании атмосфер экзопланет могут привести и к исключению ее из списка потенциально обитаемых — например, недавно это произошло с гикеаном K2-18b.
Для ЛЛ: наша планета выступила как аналог землеподобных экзопланет (успешно).
Ryder H. Strauss et al. / arXiv, 2024
Астрономы при помощи зонда «Галилео» обнаружили на Земле признаки наличия континентов и океанов, а также нашли кислород в атмосфере планеты. Подобные исследования важны для правильной интерпретации будущих прямых и спектральных наблюдений за экзоземлями, в том числе потенциально обитаемыми. Препринт работы доступен на arXiv.org.
Чтобы проверить методики наблюдений за экзопланетами, можно использовать данные наблюдений за полными дисками планет Солнечной системы, которые будут выступать как аналоги экзопланет. Особую роль среди таких тел занимает Земля как единственный аналог обитаемой экзопланеты, однако у ученых не так часто появляется возможность провести наблюдения всего диска нашей планеты. Обычно этим занимаются межпланетные аппараты, последний раз это делал спектрополяриметр SHAPE, установленный на перелетном модуле индийской лунной миссии «Чандраян-3».
Группа астрономов во главе с Райдером Штраусом (Ryder H. Strauss) из Университета Северной Аризоны опубликовала результаты анализа данных спектрофотометрических наблюдений за Землей, полученных зондом «Галилео» при помощи инструмента SSI и набора узкополосных фильтров во время гравитационных маневров у нашей планеты в 1990 и 1992 годах. Набор фильтров включал в себя фиолетовый, зеленый, красный и четыре ближних инфракрасных фильтра.
Изменчивость кривых блеска всего диска Земли можно объяснить меняющейся погодой и наличием континентов, океанов и облаков на вращающейся планете, а временная динамика цвета приписывается океанам (сдвиг в синюю сторону) или суше и растительности (сдвиг в красную сторону). Снижение отражательной способности при наблюдениях в некоторых инфракрасных фильтрах связывается со слабым поглощением излучения водяным паром и сильным поглощением молекулярным кислородом. Полученные результаты будут использоваться в дальнейшем для проверки трехмерной спектральной модели Земли, создаваемой Виртуальной планетарной лабораторией NASA.
Соотношение яркостей Земли при съемке в фильтрах RED/VIOLET и IR-6560/VIOLET, проведенной при пролете «Галилео» мимо Земли в 1990 году.
«Есть причина, по которой за пределами нашей Солнечной системы раньше не видели славы — для этого требуются очень своеобразные условия».
Иллюстрация WASP-76b и радужного эффекта славы в его атмосфере (Изображение предоставлено: ATG по контракту с ЕКА)
Для описания WASP-76b можно использовать множество слов: адский, палящий, неспокойный, хаотичный и даже жестокий. Это планета за пределами Солнечной системы, которая расположена так близко к своей звезде, что нагревается настолько, что испаряет свинец. Итак, как вы можете себе представить, до сих пор слово «славный» не входило в число этих слов.
Этот более позитивный дескриптор был добавлен в список совсем недавно, когда астрономы обнаружили намеки на нечто, называемое «славой», в атмосфере сверхгорячей экзопланеты Юпитер. Эффект славы, на который намекают данные миссии по поиску экзопланет Европейского космического агентства «Характеристика экзопланетного спутника» (CHEOPS), представляет собой радужное расположение разноцветных концентрических колец света, которые возникают только при особых условиях.
Этот эффект часто наблюдается над нашей планетой, а также в атмосфере нашей жестокой соседки Венеры, но ученые впервые наблюдают, как это происходит за пределами нашего космического соседства; WASP-76b находится на расстоянии 637 световых лет от нас.
Если подтвердится, что эффект происходит над WASP-76b, это может многое рассказать об этой странной и экстремальной экзопланете — мире, не похожем ни на что, что можно увидеть в нашей звездной сфере.
«Есть причина, по которой за пределами нашей Солнечной системы раньше не наблюдалось никакой славы – для этого требуются очень своеобразные условия», – заявил в своем заявлении Оливье Деманжон, руководитель группы и астроном Института астрофизики и космических наук в Португалии. «Во-первых, вам нужны атмосферные частицы, которые имеют почти идеальную сферическую форму, полностью однородны и достаточно стабильны, чтобы их можно было наблюдать в течение длительного времени. Ближайшая к планете звезда должна светить прямо на нее, а наблюдатель — здесь ХЕОПС — на расстоянии всего лишь правильная ориентация».
WASP-76b — это нечто большее, чем дождь из расплавленного железа
Обнаруженная в 2013 году WASP-76b расположена всего в 30 миллионах миль от своей родительской желтой звезды, масса которой примерно в 1,5 раза больше Солнца, а ширина — в 1,75 раза. Это расстояние составляет всего 12-ю расстояния между Солнцем и Меркурием, ближайшей к нашей звезде планетой.
В результате планета, которая примерно в 1,8 раза больше Юпитера , несмотря на то, что обладает лишь 92% массы газового гиганта, совершает оборот вокруг своей звезды всего за 1,8 земных дня. Эта близость также приводит к тому, что одна сторона WASP-76b, «дневная сторона», приливно прижата к своей звезде WASP-76. Другая сторона планеты, «ночная сторона», постоянно обращена в космос.
Поскольку дневная сторона WASP-76b подвергается воздействию радиации родительской звезды, температура там поднимается выше 4350 градусов по Фаренгейту (2400 градусов по Цельсию). Это достаточно горячо, чтобы испарить железо. Сильные и быстрые ветры на WASP-76b затем переносят пары железа на более прохладную ночную сторону планеты, где они конденсируются в капли и выпадают в виде железного дождя.
На этой иллюстрации показан вид экзопланеты WASP-76b с ночной стороны.(Изображение предоставлено: ESO/М. Корнмессер)
Намек на эффект славы над этой горячей экзопланетой является выдающимся достижением CHEOPS, запущенного в декабре 2019 года. Он иллюстрирует способность миссии обнаруживать тонкие, никогда ранее не наблюдавшиеся явления в далеких мирах.
ХЕОПС наблюдал WASP-76b почти два десятка раз в течение трех лет, пока ученые пытались понять странную асимметрию света, обнаруженную на внешних конечностях планеты, наблюдаемую, когда она пересекает или «проходит» по поверхности своей родительской звезды.
Эти наблюдения показали увеличение света, исходящего от восточной «линии терминатора» WASP-76b, раздела, где ночная сторона экзопланеты становится ее дневной стороной. Команда пришла к выводу, что такое резкое изменение светоотдачи вызвано сильным, локализованным и зависящим от направления отражением. Они называют это эффектом славы.
«Важно помнить о невероятном масштабе того, что мы наблюдаем», — сказал в своем заявлении Мэтью Стэндинг, научный сотрудник ЕКА, изучающий экзопланеты. «WASP-76b находится на расстоянии нескольких сотен световых лет от нас — очень горячая газовая планета-гигант, на которой, вероятно, идет дождь из расплавленного железа.
«Несмотря на хаос, похоже, мы обнаружили потенциальные признаки славы. Это невероятно слабый сигнал».
Что значит слава для WASP-76b?
Эффект славы может иметь вид радуги и красочный полосатый узор, но на самом деле он сильно отличается от настоящей радуги.
Радуга создается, когда солнечный свет переходит из среды с одной плотностью в другую среду с другой плотностью, обычно из воздуха в воду. Это приводит к тому, что путь света изгибается или «преломляется», и волны разной длины преломляются в разной степени. Таким образом, белый свет Солнца разделяется на последовательные цвета, образуя знакомую упорядоченную и красочную дугу радуги.
С другой стороны, эффект славы возникает, когда свет проходит через узкий зазор. На Земле таким зазором может быть, например, пространство между каплями воды в облаках. Это вызывает другую форму преломления, называемую «дифракция», которая происходит, когда свет проходит через препятствие или отверстие.
Когда световые волны разделяются, а затем воссоединяются, там, где пики встречаются с минимумами, возникает разрушительная интерференция. Но там, где пик встречается с пиком, возникает конструктивная интерференция. В результате образуются темные и светлые полосы соответственно и концентрические цветные кольца.
Так что же означает слава для WASP-76b?
Впечатление художника от WASP-76.(Изображение предоставлено: Фредерик Питерс)
Наличие этого явления в атмосфере сверхгорячего Юпитера указывает на наличие облаков, состоящих из капель воды идеальной сферической формы, которые либо существуют не менее трех лет, либо облаков, которые постоянно пополняются.
Если облака постоянны, это указывает на то, что температура атмосферы WASP-76b, хотя и устрашающая, должна оставаться стабильной с течением времени. Это захватывающее открытие, намекающее на стабильность в мире, который долгое время считался бесконечно неспокойным.
Результаты также показывают, что эксперты по экзопланетам могут исследовать далекие миры на предмет подобных световых явлений, включая отражение звездного света от жидких озер и океанов. Это то, что может иметь жизненно важное значение в продолжающемся поиске человечеством жизни за пределами Солнечной системы.
«Необходимы дополнительные доказательства, чтобы окончательно сказать, что этот интригующий «дополнительный свет» — редкая слава», — сказала Тереза Люфтингер, научный сотрудник предстоящей миссии ЕКА «Ариэль». «Последующие наблюдения с помощью прибора NIRSPEC на борту космического телескопа Джеймса Уэбба могли бы помочь. Или предстоящая миссия ЕКА «Ариэль» могла бы доказать его присутствие. Мы могли бы даже найти более великолепно раскрывающие цвета, сияющие на других экзопланетах».
Для Деманжена это потенциальное наблюдение подтверждает постоянный интерес к исследованию адского мира Wasp-76b.
«Я участвовал в первом обнаружении асимметричного света, исходящего от этой странной планеты, и с тех пор мне очень интересно узнать причину», — заключил ученый ЕКА. «Чтобы добраться сюда, потребовалось некоторое время, были моменты, когда я спрашивал себя: «Почему ты настаиваешь на этом? Возможно, было бы лучше заняться чем-то другим со своим временем».
«Но когда эта функция появилась из данных, это было такое особенное чувство – особое удовлетворение, которое случается не каждый день».
В 2008 году астрономы обнаружили раскалённую планету, в два раза превышающую по размеру Юпитер, которая неуклонно движется по спиральной траектории навстречу гибели в недрах своей звезды. По космическим меркам, это событие произойдёт относительно скоро — всего через три миллиона лет, учитывая, что среднее время жизни звезды составляет 10 миллиардов лет. Планета WASP-12b вращается вокруг жёлтого карлика, расположенного в 1400 световых годах от Солнца.
Яйцевидная экзопланета WASP-12b в представлении художника
Ранее учёные полагали, что у WASP-12b есть в запасе примерно 10 миллионов лет, но последние исследования показали, что планета врежется в свою звезду гораздо раньше. Обречённая планета вращается по столь низкой орбите вокруг жёлтого карлика, что один оборот она делает приблизительно за земной день. Высота орбиты не превышает 3,38 миллиона километров, а силы гравитации, действующие на планету, настолько велики, что придают ей яйцевидную форму. Температура на поверхности планеты составляет порядка 2210 °С, что позволяет классифицировать WASP-12b как планету типа «горячий юпитер».
До 2018 года WASP-12b считалась самой горячей из открытых планет, но теперь она уступила этот рекорд планете Kelt-9b. Долгое время WASP-12b также обладала самой низкой орбитой среди известных звёздных систем, однако с первого места её вытеснила K2-137b, которая вращается вокруг красного карлика, расположенного примерно в 322 световых годах от Земли, по орбите высотой всего чуть более 800 000 км.
Похоже, что время обращения WASP-12b вокруг своей звезды постоянно меняется. Предыдущие теории объясняли это изменением положения планеты относительно Земли и постепенным сдвигом её орбиты. Астрономы в сотрудничестве с проектом Asiago Search for Transit Time Variations of Exoplanets проанализировали 28 наблюдений планеты, сделанных в период с 2010 по 2022 год, во время её движения на фоне родительской звезды.
Исследования показали, что гибель WASP-12b примерно через 3 миллиона лет станет результатом явления, называемого «приливной диссипацией», а также выявили признаки чрезвычайно высокой активности её жёлтой звезды. Учёным удалось получить свидетельства приближающейся гибели и самой карликовой звезды. Для звёзд с низкой и средней массой, таких как WASP-12, размеры которых примерно в 1,5 раза больше Солнца, окончание горения водорода в ядре запускает период жизни, называемый «субгигантской фазой», во время которой горение водорода перемещается к внешним слоям звезды.
«Согласно приливной теории, диссипация, которую мы видим в системе, слишком сильна, чтобы её можно было объяснить звездой главной последовательности. Если бы звезда уже покинула главную последовательность и вошла в субгигантскую фазу, это можно было бы легко объяснить, — считает руководитель исследования Пьетро Леонарди (Pietro Leonardi) из Падуанского университета. — Однако, согласно нашим результатам, звезда все ещё находится на главной последовательности и не вошла в свою субгигантскую стадию».
Примерно через 3 миллиона лет, когда WASP-12b наконец погрузится в свою звезду, это вызовет изменения, которые наблюдатели смогут увидеть с Земли — при условии, что на нашей планете ещё останется разумная жизнь. «Когда планета неизбежно врежется в звезду, первым признаком будет вспышка светимости, в результате которой звезда станет в сотни раз ярче, чем сегодня, — утверждает Леонарди. — Это увеличение не продлится долго и быстро исчезнет. Но, возможно, люди будущего смогут увидеть это и изучить».
Леонарди считает, что результаты исследования WASP-12b могут указывать на то, что другие планеты такого типа также могут находиться на пути столкновения со своими звёздами. «Нам ещё предстоит выяснить, является ли то, что мы наблюдали, уникальным сценарием или обычным событием во Вселенной», — уверен он. Сейчас Леонарди в сотрудничестве с Европейским космическим агентством (ЕКА) использует спутник ExOPlanet (CHEOPS) для исследования скорости снижения орбит других «горячих юпитеров».