Мираж обитаемости: почему экзопланета GJ 3929 b оказалась мертвым миром без атмосферы
В поисках ответа на один из самых глубоких вопросов человечества — «Одиноки ли мы во Вселенной?» — астрономы последние годы активно изучают миры за пределами нашей Солнечной системы. С момента открытия первой экзопланеты в 1990-х годах наука о них стремительно развивается, и сегодня мы знаем о существовании тысяч планет, вращающихся вокруг далеких звезд. Особенно пристальное внимание ученые уделяют каменистым мирам, схожим по размеру и массе с Землей, — именно такие планеты считаются наиболее перспективными кандидатами для существования жизни. Открытие все большего числа подобных миров, особенно в «зоне обитания» — области вокруг звезды, где возможно существование жидкой воды, — породило волну оптимизма и научного ажиотажа. И если миссии вроде «Кеплер» и TESS отвечали за обнаружение этих далеких миров, то ожидания от следующего шага — детального изучения их атмосфер — возлагались на самый мощный космический телескоп в истории: Джеймс Уэбб (JWST).
Запуск JWST стал переломным моментом в астрономии. В отличие от своих предшественников, он способен не просто фиксировать присутствие экзопланет, но и анализировать состав их атмосфер с беспрецедентной точностью, особенно в инфракрасном диапазоне. Это открывает возможность выявлять химические следы, которые могут указывать на биологическую активность — такие как метан, кислород или водяной пар. Однако реальность часто оказывается суровее ожиданий. Хотя телескоп уже обнаружил несколько интригующих сигналов, многие из них остаются неоднозначными, требуя дополнительных наблюдений и анализа. И вот теперь на очереди — планета GJ 3929 b, которая сначала казалась многообещающей, но, по данным новых наблюдений JWST, скорее всего, представляет собой безжизненный, лишенный атмосферы каменный шар.
Открытая в 2022 году в 52 св. годах от Земли благодаря данным телескопа TESS, GJ 3929 b привлекла внимание ученых своими параметрами: ее масса составляет около 43% массы Земли, а радиус — примерно 115% земного, что делает ее одной из самых маленьких и плотных экзопланет, известных на сегодняшний день. Такие характеристики указывали на каменистую природу планеты и вызывали надежду, что она может обладать атмосферой, подобной земной или, по крайней мере, богатой углекислым газом — как у Венеры. Однако новые данные, полученные в рамках специальной программы «Director’s Discretionary Time» (DDT) под названием «Rocky Worlds», кардинально меняют эту картину.
С помощью JWST астрономы провели детальный анализ транзитов GJ 3929 b — моментов, когда планета проходит перед своей звездой, позволяя изучить, как свет звезды фильтруется через ее атмосферу (если таковая имеется). Результаты оказались однозначными: никаких признаков плотной атмосферы обнаружено не было. Температура поверхности планеты, измеренная по ее тепловому излучению, оказалась почти идентичной температуре, которую имела бы абсолютно черная, лишенная атмосферы поверхность, нагреваемая близкой звездой. Это говорит о том, что GJ 3929 b, скорее всего, представляет собой «голую скалу» — мир без облаков, без атмосферы, без следов воды или газов, способных поддерживать климат или жизнь.
Особенно важно, что исследователи смогли с высокой степенью достоверности исключить наличие даже устойчивой CO2-атмосферы толщиной более 100 миллибар — это примерно одна десятая от давления на поверхности Земли и значительно меньше, чем у Венеры. Такой результат позволяет сделать вывод: планета лишилась не только своей первичной атмосферы, образовавшейся в момент формирования, но и любой вторичной — той, что могла бы появиться позже за счет вулканической активности или химических процессов на поверхности. Все это указывает на то, что GJ 3929 b подвергалась интенсивному разрушительному воздействию со стороны своей звезды — красного карлика, типичного для нашей галактики, крайне активного в рентгеновском и ультрафиолетовом диапазонах.
Эти наблюдения вплотную подводят ученых к концепции, известной как «космическая береговая линия» — гипотетическая граница, разделяющая планеты, способные удерживать атмосферу, и те, которые теряют ее под действием кумулятивного рентгеновского и ультрафиолетового (XUV) излучения звезды. Именно это излучение нагревает верхние слои атмосферы, позволяя молекулам достигать второй космической скорости и улетать в космос — процесс, называемый фотоиспарением или атмосферным вытеканием. Анализ показал, что GJ 3929 b находится далеко за этой «береговой линией», на ее безвоздушной стороне, что делает удержание любой значимой атмосферы практически невозможным.
Сравнивая GJ 3929 b с другими известными каменистыми планетами без атмосферы — такими как TRAPPIST-1b и c, GJ 1132b и GJ 486b — ученые отмечают, что эта планета является самым крайним случаем: она получала наибольшую дозу XUV-излучения за свое существование, что делает ее идеальным объектом для изучения механизмов атмосферной эрозии. Хотя отсутствие атмосферы означает, что GJ 3929 b совершенно непригодна для жизни, ее научная ценность огромна. Каждое такое открытие помогает астрономам понять, какие факторы определяют судьбу планет: почему одни миры сохраняют атмосферу, а другие превращаются в мертвые скалы, почему некоторые экзопланеты становятся «вторыми Землями», а другие — «небесными Венерами» или вовсе лишаются всякой воздушной оболочки.
JWST продолжит наблюдения за GJ 3929 b и другими подобными мирами в рамках программы DDT. Эти данные, собранные по множеству планет, позволят создать статистически значимую выборку, на основе которой можно будет построить модели формирования, эволюции и потери атмосфер у каменистых экзопланет. В конечном счете, именно такие «неудачные» миры, как GJ 3929 b, помогут нам лучше понять, что делает нашу Землю такой уникальной — и насколько редким явлением может быть устойчивая, долгоживущая атмосфера в условиях космической радиации.