Ученые получили редкий шанс взглянуть на поверхность экзопланеты

Новое исследование с использованием данных космического телескопа Спитцер дает редкое представление об условиях на поверхности скалистой планеты, вращающейся вокруг звезды — красного карлика.

Исследование, опубликованное в журнале Nature, показывает, что поверхность планеты может напоминать поверхность Луны или Меркурия: планета, вероятно, практически не имеет атмосферы и может быть покрыта тем же охлажденным вулканическим материалом, который находится в темных областях Луны.

Обнаруженная в 2018 году космическим телескопом TESS, планета LHS 3844b расположена в 48,6 световых лет от Земли и имеет радиус в 1,3 раза больше радиуса Земли. Она вращается вокруг небольшой звезды, называемой M-карликом, что особенно примечательно, поскольку, как наиболее распространенный и долгоживущий тип звезды в галактике Млечный Путь, M-карлики могут содержать большой процент от общего числа планет в галактике.

TESS обнаружил планету с помощью метода транзита, который включает в себя обнаружение, когда наблюдаемый свет родительской звезды тускнеет из-за планеты, вращающейся между звездой и Землей. Детектировать свет, исходящий непосредственно от поверхности планеты — сложно, потому что звезда намного ярче и заглушает свет планеты.

Но во время последующих наблюдений телескоп Спитцер смог обнаружить свет от поверхности LHS 3844b. Планета совершает один полный оборот вокруг своей родительской звезды всего за 11 часов. С такой узкой орбитой, LHS 3844b, скорее всего, постоянно обращена одной стороне к звезде.

Температура на дневной стороне составляет около 770 градусов по Цельсию. Будучи чрезвычайно горячей, планета излучает много инфракрасного света, а Спитцер — инфракрасный телескоп. Родительская звезда планеты является относительно прохладной (хотя все еще намного более горячей, чем планета), что делает возможным прямое наблюдение за ​​LHS 3844b.

Это наблюдение знаменует собой первый случай, когда данные Спитцера смогли предоставить информацию об атмосфере земного мира, вращающегося вокруг М-карлика.

Измеряя разницу температур между горячей и холодной сторонами планеты, ученые обнаружили, что между ними передается незначительное количество тепла. Если бы присутствовала атмосфера, горячий воздух в дневное время естественным образом расширялся бы, создавая ветры, которые передавали бы тепло вокруг планеты. В каменистом мире, где почти нет атмосферы, например, на Луне, нет воздуха для передачи тепла.

«Температурный контраст на этой планете настолько велик, насколько это возможно», — говорит Лаура Крейдберг, исследователь Гарвардского и Смитсоновского центров астрофизики в Кембридже, ведущий автор нового исследования. «Это прекрасно сочетается с нашей моделью голого камня без атмосферы».

Понимание факторов, которые могут сохранить или разрушить атмосферу планет, является частью того, как ученые планируют искать среду обитания за пределами нашей солнечной системы. Атмосфера Земли является причиной, по которой жидкая вода может находится на поверхности, обеспечивая существование жизни. С другой стороны, атмосферное давление Марса сейчас составляет менее 1% от земного, и океаны и реки, которые когда-то были на поверхности Красной планеты, исчезли.

«У нас есть много теорий о том, как атмосферы планет развиваются вокруг M карликов, но мы не могли изучить их эмпирически», — говорит Лаура Крейдберг. «Теперь, с LHS 3844b, у нас есть планета земного типа за пределами нашей солнечной системы, где мы впервые можем наблюдать, что атмосферы там нет».

По сравнению с подобными Солнцу звездами, M-карлики излучают ультрафиолетовый свет высокого уровня (хотя в целом меньше света), который вреден для жизни и может разрушить атмосферу планеты. Они особенно активны в молодости, генерируя большое количество вспышек радиации и частиц, которые могут уничтожать зарождающиеся планетные атмосферы.

Наблюдения Спитцера исключили атмосферу на LHS 3844b с более чем 10-кратным давлением Земли. (измеренное в единицах, называемых барами, атмосферное давление Земли на уровне моря составляет около 1 бара.) Атмосфера между 1 и 10 барами на LHS 3844b также была почти полностью исключена, хотя авторы отмечают, что есть небольшой шанс, что она может существовать, если звездные и планетарные свойства будут соответствовать некоторым очень специфическим и маловероятным критериям.

Ученые также утверждают, что с планетой, расположенной так близко к звезде, тонкая атмосфера будет удалена интенсивным излучением звезды и оттоком вещества (часто называемого звездными ветрами).

«Я все еще надеюсь, что другие планеты вокруг М-карликов смогут сохранить свою атмосферу», — говорит Лаура Крейдберг. «Земные планеты в нашей солнечной системе чрезвычайно разнообразны, и я ожидаю, что то же самое будет справедливо для систем экзопланет».