Ближайшие соседи Солнца оказались каменными пустынями: почему планеты звезды Барнарда лишены воды и воздуха
Избыток полезного элемента превратил планеты у соседней звезды в безжизненные миры.
Международная группа астрофизиков под руководством Ксандера Бирна из Кембриджского института астрономии представила самый детальный на сегодняшний день портрет планетной системы у звезды Барнарда. Исследователи не только подтвердили наличие четырех планет, которые меньше Земли, но и впервые детально описали их необычный химический состав, климат и орбитальное устройство. Полные результаты этого комплексного анализа опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Звезда Барнарда, находящаяся на расстоянии всего шести световых лет от нас, давно привлекает внимание ученых. После Солнца и системы Альфа Центавра это самая близкая к нам одиночная звезда. Открытые в 2025 году четыре планеты, вращающиеся вокруг нее, представляют собой настоящую загадку.
По размеру они занимают промежуточное положение между Марсом и Землей с Венерой, но при этом их внутреннее строение кардинально отличается от всего, что мы знаем по Солнечной системе.
Секрет кроется в материнской звезде, которая оказалась необычайно богата магнием. Проанализировав ее, астрономы пришли к выводу, что планеты должны иметь примерно такой же химический состав.
Из-за этого избытка магния в их недрах образуется не привычный для Земли оливин, способный удерживать влагу, а огромное количество минерала периклаза, который, напротив, плохо связывает воду. Это означает, что эти каменистые миры с самого своего рождения были лишены главного ингредиента для возникновения жизни, как мы ее знаем.
На первый взгляд здесь есть противоречие: ведь в обычной жизни мы знаем, что магний (например, в виде солей) отлично притягивает воду. Однако в геологии и минералогии все работает иначе. Здесь важен не сам химический элемент (магний), а то, в какую кристаллическую решетку он упакован и с какими соседями связан.
Внутри Земли, в ее мантии, магний не плавает сам по себе. Он соединяется с кремнием (Si) и кислородом (O). В условиях высокого давления и температуры, которые царят в нашей мантии, эти элементы предпочитают строить минерал под названием оливин. Это плотный, прочный кристалл, в котором атомы магния, кремния и кислорода уложены очень компактно.
В кристаллической решетке оливина есть крошечные дефекты и пустоты (вакансии). Вода не хранится там в жидком виде, конечно. Она встраивается туда в виде гидроксильных групп (OH) — это атомы водорода с кислородом. Благодаря особому расположению атомов в оливине, эти OH-группы чувствуют себя там «как дома»: решетка достаточно гибкая, чтобы принять их, и достаточно прочная, чтобы удержать. Поэтому земная мантия является огромным резервуаром воды, по оценкам, в ней воды в несколько раз больше, чем во всех океанах на поверхности.
У планет звезды Барнарда ситуация иная. Там аномально много магния (Mg) по сравнению с кремнием (Si). Когда планеты формировалась из такого «магниевого» бульона, пропорции элементов сместились. Кремния просто не хватило, чтобы связать весь магний в оливин. Лишний магний, которому не хватило кремния для образования оливина, вынужден соединяться по-другому: он связывается только с кислородом. Так получается другой минерал — периклаз (MgO). Это очень простой и очень плотный минерал, похожий на обычную жженую магнезию.
Здесь кроется главное отличие. Кристаллическая решетка периклаза очень жесткая, ионная и совершенно не гибкая. В ней практически нет тех «карманов» и дефектов, которые есть у оливина. Если в оливин вода может встроиться, не ломая его структуру, то в периклазе для этого нужно было бы разорвать прочные связи магний-кислород. Периклаз просто «не пускает» внутрь себя посторонние молекулы и гидроксильные группы.
В итоге, хотя магния на планетах Барнарда очень много, он оказался «заперт» в такой химической форме (периклаз), которая физически не способна удерживать воду в своей структуре. Вся вода, которая могла бы там оказаться, либо осталась на поверхности и испарилась из-за жары, либо так и не смогла проникнуть в недра, чтобы храниться там миллиарды лет, как это происходит на Земле.
Но отсутствие воды далеко не единственная проблема местных планет. Исследователи установили, что они не просто сухие, но и практически беззащитные перед своей звездой. Все четыре планеты расположены невероятно близко к ней — даже самая дальняя из них находится в десять раз ближе к своей звезде, чем Меркурий от Солнца.
Такая тесная близость вкупе со слабой гравитацией (поскольку планеты относительно небольшие) привела к тому, что их атмосфера была буквально сдута звездным ветром. По расчетам ученых, даже если какая-то газовая оболочка у них и была, она не могла продержаться дольше двух миллиардов лет, тогда как возраст самой системы достигает десяти миллиардов лет. Так что сегодня мы имеем дело с голыми, бесплодными скалистыми шарами, где никогда не было ни океанов, ни плотной атмосферы.
У этих миров есть и еще одна странная особенность, связанная с их близостью к звезде. Все они находятся в так называемом приливном захвате — подобно тому, как Луна всегда повернута к Земле одной стороной. Это значит, что на каждой планете царит вечный день на одной половине и вечная ночь на другой, что делает климат на них не очень дружелюбным для любой органической жизни.
Тем не менее, такая сложная и тесная система могла бы легко разрушиться из-за взаимного притяжения планет. Однако астрономам удалось разгадать секрет ее стабильности. Орбиты трех внутренних миров находятся в строгом математическом резонансе, их орбиты соотносятся как 9:12:16. В музыкальном смысле это звучит как две чистые кварты, а в физическом смысле это спасительная гармония, которая работает как стабилизирующий механизм, подобно тому, как гравитационные резонансы удерживают на своих местах спутники Юпитера, предотвращая столкновения и хаос.
В итоге, хотя планеты звезды Барнарда совершенно непригодны для жизни и представляют собой сухие, безвоздушные и раскаленные на одной стороне миры, это исследование имеет огромное значение для будущего астрономии. Оно демонстрирует новый, очень эффективный метод изучения далеких планетных систем.
Ученые показали, что по химическому составу звезды можно надежно предсказывать состав ее каменистых планет, а также оценивать их способность удерживать воду и атмосферу. С запуском новых миссий, таких как космический телескоп PLATO, астрономы смогут находить все больше каменистых экзопланет, похожих на Землю, и предложенный подход станет ключевым инструментом в поиске действительно обитаемых миров среди ближайших соседей Солнца.
Научная публикация:
Xander Byrne, Claire Marie Guimond, Amy Bonsor, Haiyang S Wang, Sophia R Vaughan, James G Rogers, The Barnard’s Star planetary system: stability, composition, and evolution of four sub-Earth exoplanets, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 550, Issue 2, August 2026, stag1207, https://doi.org/10.1093/mnras/stag1207
Присоединяйтесь к нам в соцсетях
