Поиск атмосфер у каменистых экзопланет: новый подход

На протяжении десятилетий астрономы мечтали найти планеты за пределами Солнечной системы, которые не просто напоминают Землю по размеру, но и обладают атмосферой, способной поддерживать жизнь. Однако, несмотря на открытие тысяч экзопланет, лишь немногие из них оказались каменистыми, а еще меньше – потенциально обитаемыми. Главная проблема заключается в том, что атмосферы таких планет крайне сложно обнаружить: они тонкие, слабо выраженные и часто скрыты мощным излучением родительских звезд.

С появлением космического телескопа Джеймс Уэбб (JWST) ситуация начала меняться. Этот инструмент нового поколения позволил ученым не просто находить далекие миры, но и изучать их состав, температуру и даже возможные атмосферные условия. Однако даже с его помощью данные остаются неоднозначными – сигналы слабые, а интерпретация требует новых методов анализа.

В недавнем исследовании, проведенном группой астрономов из Института астрономии Общества Макса Планка (MPIA) и Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса (JHUAPL), предложен новый подход к изучению атмосфер каменистых экзопланет. Ученые во главе с Лорой Крейдберг разработали «пятимасштабный тест высоты», который поможет точнее определять наличие и состав атмосфер у далеких планет.

Что удалось узнать с помощью JWST?

JWST совершил настоящий прорыв в исследовании экзопланет, особенно тех, что вращаются вокруг красных карликов (звезд М-класса). Эти звезды составляют 80% звездного населения Галактики, но их планеты подвергаются жесткому ультрафиолетовому и рентгеновскому излучению, что ставит под вопрос возможность сохранения атмосфер.

Телескоп впервые позволил получить:

• Спектры пропускания каменистых планет, что дает информацию о составе их возможных атмосфер.
• Тепловое излучение от поверхности и атмосферы, причем не только у раскаленных суперземель, но и у более холодных миров (с температурой около 100°C).
• Данные о летучих элементах, таких как вода (H₂O), углекислый газ (CO₂), метан (CH₄) и других.

Однако ключевая проблема остается: есть ли у этих планет атмосфера вообще? Некоторые из них могут быть безвоздушными, как Луна, другие – обладать плотной атмосферой, как Венера.

Один из важных выводов, сделанных на основе данных JWST, – концепция «космической береговой линии». Она описывает границу, за которой планеты с большей вероятностью сохраняют атмосферу. Чем массивнее планета и чем слабее излучение звезды, тем выше шансы, что газовая оболочка уцелеет.

Но у звезд М-класса есть особенность: они могут миллиарды лет оставаться активными, испуская мощные вспышки. Это значит, что даже если у планеты когда-то была атмосфера, звезда могла ее «сорвать».

Новый стандарт для поиска атмосфер

Чтобы точнее определять наличие атмосфер, команда Крейдберг предлагает использовать «пятимасштабный тест высоты». Суть метода в том, что для уверенного обнаружения атмосферы, подобной земной, нужно зафиксировать спектральные особенности, охватывающие пять масштабных высот (стандартная мера протяженности атмосферы).

Пока точность JWST недостаточна для такого уровня детализации, но будущие наблюдения (включая уже запланированную программу GO 7073 – «Картирование космической береговой линии») должны помочь.

JWST – лишь первый шаг. Он не может изучать планеты земного типа у солнцеподобных звезд, но будущие телескопы, такие как Обсерватория обитаемых миров (HWO), смогут это делать. А пока предложенный тест поможет астрономам точнее интерпретировать данные и находить миры, где жизнь действительно возможна.

Как отмечают исследователи:

«Сначала нам нужно научиться ходить, прежде чем бежать. JWST уже показал, какие каменистые планеты могут иметь атмосферу. Теперь мы должны понять, какие именно ее сохранили.»

Этот этап исследований – фундаментальный. Ведь прежде чем искать биосигналы, нужно убедиться, что у планеты вообще есть воздух, которым можно дышать.