В 40 световых лет от Солнца находится тусклый и холодный красный карлик TRAPPIST-1, вокруг которого астрономы обнаружили семь землеподобных планет с твёрдой поверхностью, три из которых расположены в обитаемой зоне своего светила и могут иметь воду.
Обитаемая зона - область, создаваемая звездой, в которой возможны благоприятные условия для планеты. Это комфортная температура для существования воды в жидком состоянии, а также умеренное ультрафиолетовое излучение.
В такой области наиболее высок шанс зарождения жизни на планетах, если у них имеются достаточной плотности атмосферы, чтобы поддерживать тёплую температуру поверхности, к тому же, избежать испарения гидросферы.
У каждой звезды обитаемая зона для планет своя, в зависимости от размера, массы, светимости и температуры какой либо звезды.
Обитаемая зона не даёт стопроцентной гарантии на наличие воды или жизни на планете. Это первоначально зависит от параметров самой планеты, например её атмосферы: состава, плотности, а также влияния парникового эффекта.
Зелёная зона златовласки говорит о том, что жизнь или вода может здесь существовать только при наличии у планеты подходящих условии: полноценной атмосферы, магнитосферы..
Обнаружены планеты транзитным методом, когда одна из экзопланет совершает проход по своей звезде, незначительно затемняя её.
По этому методу астрономам удалось довольно чётко определить массы планет, их размер и плотность, а также силу притяжения и орбитальные данные.
По началу такое открытие было удивительным, чтобы у маленькой холодной звезды вращались целых семь планет, похожих на Землю. Однако, восторг длился не долго, ведь вращаются планеты вокруг красного карлика, а красные карлики известны своей нестабильностью. На них очень часто происходят мощные вспышки, способные навредить не только всей жизни планеты, но и оказать дополнительное влияние для стерилизации их атмосфер.
TRAPPIST-1 ультрахолодный красный карлик спектрального класса M8. Это действительно крайне маленькая и холодная звезда, массы которой едва ли хватает для поддержания ядерного синтеза водорода.
В отличии от значительно массивных и горячих звёзд главной последовательности, включая наше Солнце, у красных карликов невозможны ядерные процессы с участием гелия, а поэтому, она не раздуется до красного гиганта, что ждёт нашу звезду к 11 миллиардам лет своего существования.
Возраст красного карлика в настоящее время относят к 7-8 миллиардам лет, в то время, возраст Солнца и Солнечной системы составляет 4,6 млрд лет.
Звёзды M класса очень холодные и их ядерный синтез с горением водорода расходуется колоссально медленно.
Живут такие звёзды десятки миллиардов, а то и триллионы лет. Ожидается, что TRAPPIST-1 будет светить до 10 триллионов лет!
Температура TRAPPIST-1 оценивается в 2293°C, а масса не более 9% от массы Солнца. Светимость около 0,05% светимости Солнца. Она в 1900 раз тусклее его.
Диаметр Tr-1 составляет 168 тысяч километров, что в 1,2 раза больше диаметра планеты Юпитера, тем не менее, светило массивней его в 80 раз. Звезда обладает всего 12% размера Солнца.
На TRAPPIST-1 учащённо случаются вспышки и выбросы плазменной массы (выбросы корональной массы), которые негативно влияют на всю планетарную систему.
Плазма, через каковую проходят все планеты, примерно в 10 000 раз превышает плотность Солнечного ветра.
По некоторым расчётам, плазменную поверхность TRAPPIST-1 до 8% могут занимать огромные холодные пятна и остальные 54% факела. Факела - яркие поля в активных областях магнитного поля звезды. Обычно формируются неподалёку от пятен. На Tr-1 их размеры могут достигать 600 километров.
Средняя интенсивность магнитного поля красного карлика определяется примерно 600 Гауссами, в том случае, сила магнитных полей Солнца достигает лишь 50 Гс.
Ближайшие к звезде планеты соприкасаются с её магнитными полями, проходят через её радиационный пояс, подобно Юпитерианским лунам, движущихся в мощной магнитосфере Юпитера, и ежечасно подвергаясь огромным значениям радиации.
Планетарная система очень плотно лежит к своей карликовой звезде-хозяину. Таким образом, ближайшая планета расположена в 1,7 млн км километров от звезды, а последняя в девяти. Они все умещаются в промежуток 7,5-8 миллионов километров.
Для сравнения, Меркурии в перигелии орбиты удалён на 46 миллионов километров от Солнца.
Все семь планет находятся в приливном захвате, вращаются практически по круговым орбитам с очень маленьким эксцентриситетом, орбитальной вытянутостью.
Родительская звезда гравитационно тормозит вращение всех планет, тем самым, одни из их полушарии всегда обращены к звезде, а другие наоборот, никогда не освещаемы им, вечно находясь во тьме.
Освещённое полушарие будет нагреваться и получать тепло, в то время, как другое испытывать слишком низкие падения температур.
Кроме этого, приливные силы звезды заставляют недра трёх ближайших к красному карлику планет испытывать внутренний нагрев и сжатия, благодаря чему повышается вероятность их повышенной геологической активности. Этот же механизм свойствен и для остальных отдалённых планет, но заметно в меньшей мере.
Если у экзопланет генерируются свои магнитосферы, они всё равно не смогут в полной мере оказать значительную защиту их поверхностей от вспышечной активности звезды и её интенсивного ультрафиолетового излучения, а плотный звёздный ветер способствует испарению атмосфер у всех планет. Это крайне некомфортная среда для развития жизни.
И всё же, учёные находили размытые признаки существования атмосфер, и даже некоторое доказательство наличия у них воды, но детально понять их химический состав чрезвычайно сложно.
При этом, точно известно, что атмосферы не содержат обширных газовых оболочек из водорода и гелия, подобно газовым гигантам.
У всех планет преимущественно каменистые составы, а у внешних возможно наличие водной твёрдой ледяной коры.
Открыть занавес неизвестности поможет космический телескоп Джеймса Уэбба. Он многое расскажет нам об этой системе. Так мы поймём, существуют ли на этих планетах атмосферы, а самое главное, из чего они могут состоять, а по этим параметрам судить о возможных климатических условиях на каждой из планет.
⠀⠀⠀⠀⠀
Текущие модели климата на этих планетах таковы:
⠀⠀⠀⠀⠀
Первая скалистая планета b чуть массивней и больше Земли, а Tr-1c имеет массу на 15,6% больше Земной. У неё похожий диаметр, а сила притяжение составляет 96% земного.
Вращаются в 1,7 и 2,3 млн километров от звезды, совершая полные орбитальные обороты вокруг неё за 1,5 и 2,4 земных суток.
Равновесная температура без учёта атмосферы, до которой может разогреть поверхности планет красный карлик, 118 и 68°C
В случае, если у них имеются плотные атмосферы, сравнимые с плотностью Венерианской атмосферы, их температура за счёт парникового эффекта достигнет значении 477-1230°C у первой экзопланеты, и до пару сотен градусов у второй по отдалённости.
Предполагается, что TRAPPIST-1b имеет очень толстую и плотную атмосферу, состоящей из углекислого газа. Планета горячее Венеры, где температура поверхности держится в районе 500°C.
Tr-1b может быть достаточно раскалённой, чтобы поверхность представляла собой частично расплавленную лаву из горных пород.
К тому же, Tr-1b должен быть сильно геологически активным за счёт приливного воздействия ближайшего светила. Ядро планеты расплавлено и её недра время от времени испытывают сжатия, вследствие чего возможна глобальная вулканическая активность на поверхности.
Также ожидается, что на второй планете TRAPPIST-1c возможно наличие плотной атмосферы, но заметно тоньшей по сравнению со своим внутренним братом TRAPPIST-1b.
⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀
TRAPPIST-1d⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀
TRAPPIST-1d находится во внешней области красной зоны, у края обитаемой зоны, вращаясь на расстоянии 3,3 млн км от звезды-хозяина. Это небольшая и маломассивная планета, имеющая всего 30% массы Земли. Её плотность указывает на наличие скалистого твёрдого состава, но около 5% её массы должно быть сосредоточено в океане или льде.
Если на планете имеется относительно плотная атмосфера и гидросфера в виде жидкой воды, вероятно наличие облачности, осадков на освещённом полушарии.
Учитывая близость к родительскому светилу, океан жидкой воды на планете может подвергаться термальному нагреву с помощью того же приливного влияния красного карлика.
На дне гипотетического океана могут присутствовать криовулканы, дополнительно нагревая жидкость, что благотворно повлияет на развивающуюся жизнь, ведь в глубинах океана по сравнению с поверхностью, значительно низкие значения ультрафиолетового облучения.
К сожалению, TRAPPIST1d маломассивный и небольшой, около 9,990 километров в диаметре (на 21,6% меньше Земли), а по этому, вероятно, из-за нехватки массы не может генерировать собственного магнитного поля, защищающее планету от УФ излучения и звёздного ветра.
Из-за низкой массы экзопланета с трудом способна удерживать атмосферу своей силой притяжения.
Равновесная температура на ней составила +15°C
⠀⠀⠀⠀⠀
TRAPPIST-1e⠀⠀⠀⠀⠀
TRAPPIST-1e, f и g расположены в обитаемой зоне своей звезды. Удалены на расстояние 4,3; 5,5 и 7 млн км от TRAPPIST-1. Их орбитальные периоды длятся 6, 9,2 и 12,3 суток.
TRAPPIST-1e наиболее интересная в этой тройке. Она похожа на нашу планету. Её плотность примерно на 2,5% выше Земной, что говорит о каменно-железном составе планеты.
Наряду с этим, экзопланета всего-то на 9% меньше Земли в диаметре и не сильно уступает нашей терре по силе тяжести. То есть, человек, находясь на поверхности этой планеты, практически не почувствовал бы заметной разницы в притяжении, ведь сила тяжести на Tr-1e уступает земной лишь в 7%
Равновесная температура поверхности (без атмосферы и парникового эффекта) оценена в -35°C. Плотности и массы планете предостаточно, чтобы позволять ей создавать своё мощное магнитное поле и удерживать солидную атмосферную массу.
Климатические условия на TRAPPIST-1e, как и у остальных планет системы, уникальные и разительно отличаются от условии на наших каменистых планетах Солнечной системы.
Тут же планета приливно синхронизирована звездой и не может вращаться вокруг своей оси. То есть, её осевой период равен орбитальному периоду вращения вокруг звезды. На одном её полушарии царит вечная тьма с низкими температурами, а на освещённой светилом стороне, наиболее высокие, особенно у экватора.
Согласитесь, уникальные условия. Из планет в приливную синхронизацию у нас в Солнечной системе вступает только Меркурий, когда проходит перигелии орбиты. И то, длится это совсем недолго. Как только планета удаляется от звезды, стремясь ближе к афелию орбиты, её вращение не испытывает сильного торможения и она начинает вращаться.
Приливная синхронизация означает, будь у планеты похожая на Земную атмосфера, подходящая для поддержания воды в жидком виде тёплая температура, с дневного полушария на ночное будут дуть ветра и облака с осадками, а затем, замерзать и выпадать в виде снега на ночной стороне, и поливать реки или океаны дождём на освещённом. Такие явления в какой-то степени могут выравнить климат.
Таким образом, ночное полушарие будет замёрзшим, напоминать чем-то нашу Антарктиду с покрытым снегом, а дневное стабильно получать тепло от звезды.
Многое зависит от атмосферы планеты, её состава, плотности и парникового эффекта.
От парникового эффекта в целом зависит общая температура поверхности экзопланеты, поскольку именно парниковые газы атмосферы способны держать тепло на планете.
Геологическая активность планеты также важна. Ядро не должно быть в остывшем состоянии, иначе планета не сможет генерировать важное для защиты экзопланеты от звездного ветра и излучения, магнитное поле.
Вулканизм же на поверхности полезен в небольших количествах. Огромные выбросы в атмосферу парникового газа CO2 способствуют не только изменению химического состава атмосферы, но и увеличению её плотности и глобальному повышению температуры за счёт парникового эффекта.
⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀
TRAPPIST-1f⠀⠀⠀⠀⠀
TRAPPIST-1f, g и h можно назвать отдельными тремя ледяными мирами на окраине планетарной системы.
Tr-1f и g ещё вращаются в обитаемой зоне, а вот последняя уже слишком далеко. Она расположилась в "голубой зоне" (вблизи линии замерзания) где холодно и недостаточно звёздного излучения для поддержания комфортных условии на планете.
По моделям у TRAPPIST-1f до пятой её части сосредоточено в воде, вероятно, в замёрзшем или полузамёрзшем состоянии.
Экзопланета на 4% больше Земли, а её поверхность может представлять собою большую и толстую ледяную кору, или ледяную кору с огромными разломами, напоминающие дрейфующие ледяные плиты, в щелях которых, при наличии плотной атмосферы, на дневном полушарии виднеется жидкая вода. Экстремальные условия, не правда ли?)
Возможно, поверхность Tr-1f занята большим океаном, и даже при равновесной температуре -54°C, благодаря приливному захвату и наличию толстой биотической кислородной атмосферы, вода остаётся там в жидком состоянии, хотя бы у экватора.
⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀
TRAPPIST-1g⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀
Условия на TRAPPIST-1g предсказывают ещё экстремальней и удивительней. Масса и диаметр этой планеты ровно на 15% больше земных показателей, но касаемо низковатой плотности, это указывает учёным на наличие какой либо формы воды.
По климатическим моделям климата, Tr-1g может содержать глобальный водный океан или толстую паровую атмосферу из биотического кислорода, лежащим над сверхкритическим льдом.
Красный карлик может нагреть эту планету до -80°C без наличия атмосферы.
⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀
TRAPPIST-1h⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀
Последняя планета в системе. Вращается дальше зоны обитаемости и на ней по настоящему прохладно. Равновесный показатель температуры составляет -104°C
Она удалена на 9,2 миллиона километров от местного красного светила и совершает полный виток вокруг него за 18,8 земных суток.
Представляет из себя маломассивную и небольшую планету, немного бóльшую, чем Марс, но исключительно покрытой потенциальной ледяной корой, под которой возможно наличие жидкого подповерхностного океана, поддерживающимся благодаря внутреннего приливного нагрева со стороны родительской звезды.
Красный карлик своими приливными силами разогревает недра всех планет, в том числе и самой дальней.