Призрак атмосферы: JWST приоткрывает завесу над TRAPPIST-1e — планетой, где может быть вода

На расстоянии сорок световых лет от Земли вращается загадочная планета, которая может оказаться одним из самых близких к нам кандидатов на обитаемость за пределами Солнечной системы. TRAPPIST-1e — экзопланета размером с Землю, находящаяся в зоне, где теоретически возможна жидкая вода, — стала объектом пристального внимания астрофизиков со всего мира. Исследователи из Бристольского университета, в сотрудничестве с международной командой ученых, использовали космический телескоп Джеймс Уэбб (JWST) — чтобы заглянуть в потенциальную атмосферу этой далекой планеты и понять, может ли она поддерживать условия, пригодные для жизни. И хотя окончательные выводы еще впереди, первые данные уже открывают захватывающие перспективы и ставят перед наукой новые, еще более интригующие вопросы.

TRAPPIST-1e входит в семейство из семи планет, обращающихся вокруг красного карлика TRAPPIST-1 — звезды, значительно меньшей и холоднее нашего Солнца. Планета e занимает особое положение: она находится в так называемой обитаемой зоне, где температура на поверхности может быть достаточно мягкой, чтобы вода не замерзала и не испарялась полностью. Но ключевое условие для этого — наличие атмосферы. Без нее даже идеальное расстояние до звезды не спасет планету от экстремальных температур. Именно поэтому атмосфера TRAPPIST-1e стала главной целью наблюдений JWST — телескопа, чьи инфракрасные инструменты способны улавливать едва уловимые изменения в спектре звездного света, проходящего через атмосферу планеты во время ее транзита — прохождения перед звездой.

С помощью спектрографа NIRSpec астрономы анализировали, как свет звезды поглощается различными химическими веществами в атмосфере планеты, если таковая существует. Каждый новый транзит приносит все более точные данные, позволяя постепенно восстанавливать химический портрет планеты.

Новые результаты, опубликованные в двух статьях в журнале Astrophysical Journal Letters, не дают однозначного ответа, но указывают на несколько возможных сценариев — в том числе и на то, что атмосфера все-таки может присутствовать. Ханна Уэйкфорд, ведущий исследователь из Бристольского университета, подчеркивает, что новые данные помогают уточнить более ранние наблюдения, сделанные телескопом Хаббл, и теперь ученые видят намеки на атмосферу — хотя пока не могут полностью исключить и вариант, что атмосферы нет вовсе.

Одно из важнейших открытий — это исключение наличия первичной водородно-гелиевой атмосферы. Такие атмосферы характерны для молодых планет, но TRAPPIST-1 — активная звезда, часто выбрасывающая мощные вспышки и потоки излучения, которые, как считают ученые, давно сдули бы легкую газовую оболочку с планеты. Это неудивительно — подобный процесс, вероятно, происходил и на ранней Земле. Но после потери первичной атмосферы многие планеты формируют вторичную — более плотную и богатую тяжелыми газами, такими как углекислый газ, азот или метан. Вопрос в том, смогла ли TRAPPIST-1e создать такую атмосферу.

Если вторичная атмосфера существует, то она может поддерживать парниковый эффект, достаточный для сохранения жидкой воды на поверхности. Это не обязательно должен быть плотный, как на Венере, или разреженный, как на Марсе, слой углекислого газа — возможно, концентрация газов гораздо меньше, но все же способна удерживать тепло.

Ана Глидден из Массачусетского технологического института отмечает, что прямых аналогов в нашей Солнечной системе здесь искать не стоит: TRAPPIST-1 — совершенно иная звезда, а ее планеты находятся в условиях, радикально отличающихся от земных. Например, из-за близости к звезде все планеты системы, включая TRAPPIST-1e, находятся в приливном захвате: одна сторона всегда обращена к звезде, другая — погружена в вечную тьму. Это означает, что если на планете есть вода, она может существовать либо в виде глобального океана, либо в виде локального водоема на «дневной» стороне, окруженного ледяными пустынями на «ночной».

Дальнейшие исследования будут включать не только новые наблюдения за TRAPPIST-1e, но и сравнительный анализ с планетой b — самой близкой к звезде в системе. Это позволит ученым лучше понять, как звездное излучение влияет на атмосферы планет на разных орбитах, и выявить общие закономерности. Нестор Эспиноза, один из главных исследователей проекта, подчеркивает, что даже первые четыре наблюдения с JWST уже дали беспрецедентную детализацию — и это только начало. С каждым новым циклом данных ученые будут все ближе подходить к разгадке: есть ли у TRAPPIST-1e атмосфера? Может ли на ней существовать вода? И, самое главное — может ли она быть домом для жизни?