Астрономы искали на скалистой, похожей на Землю экзопланете признаки атмосферы - и не нашли ее.
Атмосфера уже была обнаружена на других планетах, гораздо больших, чем наша, включая некоторые горячие Юпитеры или суб-Нептун, которые в основном состоят из льда и газа. Но впервые ученые смогли определить, есть ли на планете земного размера и земного типа вне нашей солнечной системы атмосфера.
Планета LHS 3844b была открыта в 2018 году спутником TESS, и ее размер был оценен в 1,3 размера Земли. Планета вращается вокруг своей звезды всего за 11 часов, что делает ее одной из самых быстрых на орбите среди известных экзопланет. Сама звезда - это небольшой красный карлик типа М, который находится всего в 49 световых годах от Земли.
В статье, опубликованной в Nature, команда сообщает, что LHS 3844b, вероятно, не имеет ни плотной атмосферы, подобной венерианской, ни тонкой, подобной земной атмосфере. Вместо этого планета больше похожа на Меркурий - горящий, голый камень. Если когда-либо атмосфера и была, то, по мнению ученых, мощное излучение звезды, вероятно, выдуло ее на ранней стадии формирования планеты.
Может ли какая-либо форма жизни выжить в такой бесплодной пустоши? Даниэль Колл, соавтор работы и его коллеги утверждают, что это крайне маловероятно, потому что отсутствие атмосферы немедленно приведет к кипению всех организмов на планете. Но это не значит, что на других планетах земного нет атмосферы.
В 2018 году LHS 3844b был первым внесолнечным миром, подтвержденным TESS, спутником, который отслеживает тысячи ближайших самых ярких звезд в поиске транзитов - периодического снижения яркости в свете звезды, которое может сигнализировать о планете, проходящей перед ее диском, временно блокируя часть ее света.
Лаура Крейдберг, главный автор работы из CfA и ее команда, отметили, что LHS 3844b - это идеальная лаборатория, потому что ее звезда яркая и находится поблизости от нас, позволяя ученым детально изучить планету. Поскольку LHS 3844b очень близка к своей звезде и из-за этого невероятно горяча, Крейдберг и Колл решили, что она должна дать достаточно тепла, чтобы узнать есть ли у нее атмосфера.
LHS 3844b все время повернута одной стороной к своей звезде, как Луна к Земле. Если бы на ней существовала атмосфера, она распространяла бы тепло по всей планете, и температура днем и ночью была бы более или менее одинаковой. В отсутствие атмосферы дневная сторона намного жарче, чем ночная.
Когда планета вращается вокруг своей звезды, наблюдатель видит ее различные фазы. Когда она выходит из-за своей звезды, дневная сторона планеты обнажается. Затем, проходя перед звездой, планета показывает свою ночную сторону, затем, дневную сторону, а затем снова проходит позади звезды.
Исследователи пришли к выводу, что, если бы они могли измерить тепло, излучаемое разными фазами планеты во время обращения вокруг звезды, они могли бы определить разницу температур между днем и ночью и, в конечном счете определить, имеет ли планета атмосферу.
Чтобы проверить эту идею, команда использовала телескоп Spitzer, прибор, измеряющий инфракрасное или тепловое излучение, и направила его на LHS 3844b в течение 100 часов, наблюдая в общей сложности около 10 оборотов планеты вокруг звезды. Они измеряли тепло, излучаемое разными фазами планеты на каждом круге.
Основываясь на этих измерениях, исследователи подсчитали, что дневная сторона имеет огромную температуру 1000 К, а ночная - всего 0 К. Резкая разница температур указывает на то, что на планете нет плотной атмосферы, подобной Венере, которая могла бы равномерно распределить температуру.
Команда смоделировала различные сценарии с участием более тонких атмосфер различного состава, но обнаружила, что ни один из них не производил распределение тепла, которое соответствовало бы их наблюдениям, указывая на то, что планета даже не имеет тонкой газовой оболочки.
Был один сценарий, в котором чрезвычайно тонкая атмосфера, подобная марсианской, могла создать резкую разницу температур на планете. Однако команда обнаружила, что такая тонкая атмосфера вряд ли останется стабильной, поскольку излучение звезды быстро бы унесло любой следовый газ, окружающий планету, в космос.
Исследователи пришли к выводу, что LHS 3844b по сути является очень горячей, голой скалой. Но какой это может быть камень? На последнем этапе команда пыталась определить его состав путем измерения альбедо. Как известно на Земле, различные минералы отражают свет в различной степени - базальт, который является черной, застывшей лавой, отражает очень мало света, в то время как более легкие породы, такие как гранит, содержащие минералы, такие как кварц, имеют более высокий коэффициент отражения. Команда измерила отношение яркости звезды к яркости планеты, чтобы вычислить относительное альбедо экзопланеты.
Хотя группа пришла к выводу, что на LHS 3844b нет атмосферы и, следовательно, нет жизни, они говорят, что может оказаться совсем не так на аналогичных землеподобных экзопланетах, вращающихся вокруг M-карликов. Они надеются применить свою технику к другим скалистым экзопланетам, которые находятся дальше от своих звезд и имеют больше шансов на сохранение атмосферы.
«Атмосфера помогает сохранить жизни, защищая ее от ультрафиолетового излучения. Я был бы рад обнаружить атмосферу на планете, даже если она слишком жаркая или слишком холодная, потому что это говорит нам о том, что у некоторых землеподобных экзопланет может быть атмосфера, и, вероятно, где-то будет подходящая температура, которая сможет удерживать воду в жидком состоянии», - говорит Крейдберг.
Подробнее:
http://news.mit.edu/2019/earth-exoplanet-no-atmosphere-0819
Источник: Массачусетский технологический институт (MIT)
