Система траппист 1: Ученые усомнились в наличии воды на землеподобных планетах в системе TRAPPIST-1 — Наука

Лететь к планетам звезды TRAPPIST-1 пришлось бы 200 лет, но их открытие всё равно очень важно

Заведующий отделом «Исследования Солнечной системы» Института астрономии РАН, доктор физико-математических наук Валерий Шематович рассказал нам, что такое экзопланеты, как была открыта планетарная система звезды TRAPPIST-1 и почему это важно для нашего будущего, хоть мы до неё, скорее всего, не долетим

NASA собрало масштабную пресс-конференцию, пообещав анонсировать прорыв в исследовании «внеземной жизни». И рассказали всего лишь про семь экзопланет, отделённых от Земли расстоянием в сорок световых лет. Нас обманули или это действительно важно?

Это очень важно, но давайте разбираться по порядку.

Прежде всего, на этой конференции выступали не только сотрудники NASA, но и астрономы из университета г. Льеж (Бельгия), так как это совместное исследование. Собственно, открытие планет у звезды TRAPPIST-1 является заслугой большой международной группы астрономов, представляющих Европейскую южную обсерваторию и научные организации американского Национального агентства по воздухоплаванию и исследованию космоса.

Во-вторых, NASA, действительно, в последнее время старается максимально широко доносить до публики информацию о том, что они делают. Это не первая пресс-конференция, которая заранее громко анонсируется, информация которой, помимо научного мира, настойчиво адресуется массовому зрителю. Достаточно посмотреть на красочные и яркие ролики и плакаты, которыми сопровождается каждый такой рассказ, чтобы понять насколько серьёзно организаторы подходят к пиару. Это делается не в последнюю очередь для того, чтобы оправдать траты на космос в глазах американских налогоплательщиков и мотивировать спонсоров участвовать в новых проектах.

В-третьих, вне зависимости от надежд и разочарований широких масс, это по-настоящему значительное открытие.

Обложка журнала Nature от 22 февраля 2017 г. Планетная система TRAPPIST-1: художественная диаграмма. Помимо планет художник нарисовал разные формы, в которых может встречаться вода на их поверхностях: иней, пар, жидкая вода. NASA/R. Hurt/T. PyleВпервые обнаружены сразу семь экзопланет земного типа у звезды и есть основание надеяться, что на трех из них потенциально возможны условия для существования жидкой воды на поверхности. А наличие воды в жидком виде — одно из основных условий для возможности последующего образования жизни.

Давайте уточним термин «экзопланета», который сразу стал популярным после этой пресс-конференции. «Экзопланета» — какая-то особенная планета?

Нет. Экзопланеты — это любые планеты, находящиеся за пределами Солнечной системы.

Просто планеты не излучают свет, а лишь отражают его. И если планета находится близко к своей звезде, её отражённый свет практически не отличим от звёздного. Поэтому долгое время из-за несовершенства наблюдательных инструментов мы не могли изучать планеты за пределами Солнечной системы настолько же подробно, как звёзды. В конце прошлого века эта ситуация стала меняться к лучшему, так что теперь изучение экзопланет стало перспективным и «горячим» направлением астрономии.

Как были открыты планеты звезды TRAPPIST-1?

Половина ответа уже присутствует в вопросе. TRAPPIST — название телескопа, при помощи которого планетарная система у звезды, названной TRAPPIST-1. Вернее, аббревиатура его названия. Она расшифровывается как «Малый телескоп для наблюдения за транзитными планетами и планетезималями».

Телескоп TRAPPIST работает в чилийских горах с 2010 года. В названии телескопа спрятана шутка: «TRAPPIST» – не только сложная аббревиатура, но и известный на весь мир сорт бельгийского пиваЭто, действительно, небольшой по размерам телескоп-рефлектор, который был построен в чилийских горах в обсерватории Ла-Силья стараниями специалистов из Льежского университета и Женевской обсерватории.

В марте 2016 года европейские ученые, которые работают на этом телескопе, опубликовали данные, что они нашли тусклую звезду, получившую название TRAPPIST-1.

Стартовые наблюдения показали, что у этой звезды, возможно, присутствует три планеты. И поскольку сама эта звезда довольно небольшая и мало похожая на Солнце, возникло подозрение, что эти экзопланеты на близких к родительской звезде орбитах могут оказаться земного типа.

После такого заявления к исследованию подключились другие научные группы и более мощные телескопы, такие как, например, орбитальный телескоп «Спитцер». И вот, 22 февраля нам был представлен сводный отчёт этой комплексной научной работы и дано описание планет, вращающихся вокруг звезды TRAPPIST-1.

Надо заметить, что это именно тот случай, когда возможности увидеть сами планеты у нас нет. Они слишком малы и расположены слишком близко к родительской звезде. Вся информация о них была получена из наблюдений за тем, как эти экзопланеты во время движения по своим орбитам ослабляют излучение родительской звезды. Эти наблюдения позволили рассчитать гравитацию планет, определить их размеры и посчитать плотность. Ну и, конечно, узнать их точное число — семь.

Значит, никаких ландшафтов, никаких образов, вроде тех, что показывали эксперты NASA, мы в действительности не видим?

Нет, конечно, это фантазии художников.

Возможный вид на звезду TRAPPIST-1 с поверхности планеты d. Иллюстрация NASAВсё, что у нас сейчас есть — набор косвенных данных и выводы, сделанные по итогам их обработки.

Конечно, учёными была проведена колоссальная работа, которая будет ещё продолжаться.

Только представьте себе: когда есть семь планет и каждая из них проходит в свое время по звёздному диску, нужно было определить не только влияние на излучение звезды каждой отдельной планеты, но и их взаимодействие между собой. При том, что расстояние между планетами в данном случае крайне небольшое — это очень тесная система.

По итогам данной работы мы впервые увидели у звезды такое количество планет с параметрами, сравнимыми с параметрами нашей Земли.

Эта планетарная система находится от нас на расстоянии 39,5 световых лет. Подобная удалённость исключает в ближайшее время возможность практического использования этого открытия?

Конечно. Сегодня вопрос о колонизации этих планет или о том, чтобы отправить к ним разведывательный зонд или какое-то другое устройство вообще не стоит.

Считайте сами: английский астрофизик Стивен Хокинг и российский бизнесмен Юрий Мильнер планируют, что в обозримом будущем им с соратниками удастся создать технологию, которая позволит доставить зонд к ближайшей от нас звездной системе Альфа Центавра за 20 земных лет. Это расстояние в 4,2 световых года. 40 световых лет эта пока не созданная технология будет преодолевать не менее 200 лет без всяких гарантий, что долетит удачно.

Поэтому в нашей распоряжении остаются только астрономические инструменты.

Что мы уже знаем о планетарной системе TRAPPIST-1?

Эта система находится очень близко от нас в плане возможности изучения.

В центре неё расположена звезда TRAPPIST-1 ультрахолодный красный карлик, масса которого чуть больше восьми процентов массы Солнца.

Последовательность планет системы TRAPPIST-1. Иллюстрация NASAВокруг этой звезды вращаются семь планет, три из которых находятся в зоне, где может встречаться вода в жидком виде. Остальные планеты расположены или слишком близко, когда вода испаряется, или слишком далеко, когда вода замерзает, от звезды.

Все семь планет движутся по круговым орбитам, параметры которых еще не до конца определены.

Размеры пяти из них сравнимы с размерами Земли, размеры двух остальных — с Марсом. Есть предположение, что эти планеты обращены к звезде одной стороной за счет приливного захвата, наподобие того, как Луна повёрнута к Земле. Это снижает вероятность существования на них жизни.

А что нам предстоит узнать?

В ближайшее время продолжится изучение присутствия атмосферы на этих планетах, их состава и, главное — присутствия или отсутствия на трёх планетах, расположенных в зоне потенциальной обитаемости, жидкой воды на поверхности.

Потому что единственный опыт наблюдения за жизнью нам дан на Земле и мы видим, что центральным условием существования и образования жизни здесь стал фактор наличия воды в жидком виде. Вот почему мы так надеемся найти её где-нибудь ещё во Вселенной.

Третья планета системы TRAPPIST-1 с водой и атмосферой. Возможный ландшафт. Иллюстрация NASAВ любом случае, изучении планет звезды TRAPPIST-1 позволит нам гораздо лучше понять проблему происхождения и эволюции землеподобных планет. Например, возможно, ответить на вопрос, почему Земля, Венера и Марс развивались сначала в сходных условиях, а потом стали настолько сильно отличаться друг от друга.

Россия как-то будет участвовать в этих исследованиях?

Мы уже участвуем в них.

Российские учёные, которые работают в настоящее время в Университете г. Льеж, присутствуют в списке авторов в стартовой статье журнала «Nature», в которой впервые рассказано миру об этих планетах.

В самой России сегодня существуют несколько сильных теоретических групп (одну из которых я представляю) которые работают с теоретическими моделями и будут участвовать в анализе новых данных, поступающих об этой системе. Хотелось бы упомянуть об очень важной поддержке наших исследований Российским научным фондом.

К тому же в нашем Институте астрономии РАН уже долгое время готовится к запуску новый космический телескоп «Спектр-УФ». Старт его работы намечен на 2021 год.

Это космический телескоп с зеркалом 1,7 метра будет проводит наблюдения в ультрафиолетовом диапазоне. К тому времени космический телескоп им. Хаббла, который сейчас активно проводит наблюдения в ультрафиолетовом спектре, будет выведен из работы и «СПЕКТР-УФ» займет освободившуюся нишу.

Одна из четырех главных задач научной программы проекта «Спектр-УФ» – исследование экзопланет, в частности, наблюдение за их атмосферами. Ультрафиолетовый диапазон хорошо пригоден для исследования атмосфер, особенно верхних слоев. Такие наблюдения и их теоретический анализ позволят существенно продвинуться в изучении процессов образования и эволюции подобных Земле планет у других звезд.

Так что вклад России в дело изучения экзопланет с момента запуска этого телескопа заметно увеличится.

Беседовал Илья Переседов

Валерий Шематович

Заведующий отделом «Исследования Солнечной системы» Института астрономии Российской академии наук, доктор физико-математических наук, лауреат премии имени А. А. Белопольского РАН,специалист в области исследования планетных атмосфер в Солнечной и внесолнечных планетных системах, автор более 200 научных работ в российских и международных научных изданиях

Рекомендуем

Звезда TRAPPIST-1 и ее планеты

Звезда TRAPPIST-1 и ее планеты в представлении художника

Поиск пригодных для жизни экзопланет всегда вызывал большой интерес у астрономов, а любые открытия в этой сфере – большой ажиотаж как в мире науки, так и в СМИ. Так в 2016-м году в широких кругах исследователей все чаще начала появляться на слуху звезда под названием 2MASS J23062928-0502285 или иначе — TRAPPIST-1. Причиной тому стала планетарная система вокруг звезды, целых семь планет которой находится в так называемой обитаемой зоне. Однако, как это часто бывает, эмоции в науке являются плохим знаком, и дальнейшие исследования планет ставят под вопрос существования на них воды в жидком состоянии, не говоря уже о существовании жизни.

Положение TRAPPIST-1 в созвездии Водолея

Содержание:

• 1 О звезде TRAPPIST-1
• 2 Хроника событий
  • 2. 1 Три экзопланеты
  • 2.2 Семь экзопланет
• 3 Материалы по теме
  • 3.1 Ажиотаж
  • 3.2 Дальнейшие исследования
• 4 Планеты TRAPPIST-1
  • 4.1 TRAPPIST-1 b
  • 4.2 TRAPPIST-1 c
  • 4.3 TRAPPIST-1 d
  • 4.4 TRAPPIST-1 e
  • 4.5 TRAPPIST-1 f
  • 4.6 TRAPPIST-1 g
  • 4.7 TRAPPIST-1 h

О звезде TRAPPIST-1

Звезда TRAPPIST-1 до последнего времени не была особо примечательным объектом для астрономов. Является одиночной звездой, которую видно с Земли в области созвездия Водолея, располагается на расстоянии в 39,5 световых лет от Солнца. Относится к спектральному классу M8 V – холодный красный карлик.

Сравнение Солнца и TRAPPIST-1

• Радиус звезды TRAPPIST-1 составляет всего 12,1% солнечного радиуса, что чуть больше радиуса Юпитера (примерно 10% радиуса Солнца).
• Масса звезды оценивается в 84 массы Юпитера или 0,08 массы Солнца.
• Плотность звезды, примерно, в 49,3 раза превышает плотность Солнца.
• Поверхностная температура TRAPPIST-1 равна около 2 559 кельвин (Солнце – 5 778 К)
• Светимость звезды в 1 900 раз меньше солнечной светимости
• Период вращения, по последним данным (29.03.2017), составляет 3,295 суток
• Возраст звезды, по данным 07.06.2017 составляет — 7,6 ± 2,2 млрд. лет

Хроника событий

Три экзопланеты

В 2016-м года группа бельгийских и американских астрономов, возглавляемая Майклом Гиллоном, объявила об открытии трех землеподобных экзопланет вблизи холодного красного карлика по имени 2MASS J23062928-0502285. Три открытые планеты получили названия: TRAPPIST-1 b, TRAPPIST-1 c и TRAPPIST-1 d, в соответствии с их порядком удаленности от центральной звезды.

• При этом использовался TRAnsiting Planets and Planetesimals Small Telescope, сокращенно – TRAPPIST. Данный телескоп находится в чилийских горах и в основном наблюдает так называемые транзитные планеты. Такие планеты наблюдаются методом транзитной фотометрии, который строится на наблюдении за планетой, проходящей на фоне звезды. Причем, этот метод позволяет также вычислить не только размеры планеты, но также ее плотность и даже дать информацию о составе атмосферы наблюдаемой планеты.

Обсерватория TRAPPIST, Кокимбо, Чили

Диаметр всех трех открытых экзопланет не превышает диаметр Земли более чем на 10%. И хотя две из них в 60-90 раз ближе к TRAPPIST-1, чем мы к Солнцу – следует учесть, что наша звезда во много раз ярче и горячее. Примечательно, что по причине небольших размеров звезды и близости к ней экзопланет, период обращения двух ближайших планет оценивался в 1,5 и 2,4 дня. На момент данного открытия период обращения третьей экзопланеты оценивался от 4,5 до 73 суток. Таким образом, подобные масштабы системы близки скорее к системе Юпитера и его спутников, нежели к нашей Солнечной системе.

В силу своей близости к звезде, планеты TRAPPIST-1 b и TRAPPIST-1 c значительно подвергнуты приливным силам звезды, в результате чего, скорее всего, обе планеты всегда повернуты к своей звезде одной стороной. То есть, на одной стороне – всегда жаркий день, на другой – всегда холодная ночь. В таком случае благоприятные условия для жизни могут существовать лишь вблизи терминатора – линии светораздела планеты.

Вид с поверхности планеты TRAPPIST-1 d в представлении художника

Третья же планета, из-за своего более далекого расположения от звезды попадает в зону обитаемости. Такой зоной называют область пространства вокруг звезды, в пределах которой температура позволяет воде существовать в жидком состоянии. Как известно, жидкая вода – одно из основных условий для существования известных нам форм жизни.

Семь экзопланет

В феврале 2017-го года на пресс-конференции NASA было объявлено об открытии еще трех землеподобных каменистых экзопланет вблизи все той же звезды — TRAPPIST-1. Это открытие подтвердилось тридцатью исследователями со всех уголков Земли. Особенно примечателен тот факт, что все семь планет расположены в зоне Златовласки, или как было названо ранее – обитаемой зоне. Четыре из этих планет, согласно ученым, и вовсе имеют благоприятнейшие условия для обитания живых организмов.

Размер экзопланет и их орбит в системе TRAPPIST-1 по сравнению с планетами Солнечной системы

Таким образом, вокруг звезды TRAPPIST-1 вращается семь звезд с названиями: b, c, d, e, f, g, и h. Все планеты вращаются очень близко к звезде. Например, если поместить на место Солнца звезду TRAPPIST-1, то все семь экзопланет расположатся внутри орбиты Меркурия. Однако, как было сказано ранее — TRAPPIST-1 в половину раза холоднее Солнца.

Материалы по теме

Значимость подобного открытия состоит в том, что по статистике на выборку из 100-400 миллиардов звезд Млечного Пути 30-50 % приходится именно на красные карлики. В отличие от 10% желтых карликов, подобных Солнцу. Тогда вероятность обнаружения экзопланет в зоне обитаемости вблизи других звезд значительно растет. Примером другого красного карлика, лежащего на расстоянии всего в 4,243 световых года от Земли является Проксима Центавра. Данная звезда также вызывает большой интерес ученых с точки зрения поиска внеземной жизни.

Основные параметры планет системы TRAPPIST-1 представлены на картинке ниже, вместе с параметрами некоторых планет нашей Солнечной системы.

Подобные характеристики экзопланет системы, с учетом их расположения от звезды системы и с учетом ее собственных параметров, позволяют предполагать о наличии атмосферы у этих экзопланет. Однако, это всего лишь предположение и исследователи продолжают изучать систему звезды TRAPPIST-1.

Параметры и художественные изображения планет TRAPPIST-1 в сравнении с планетами земной группы

Ажиотаж

Популярность системы TRAPPIST-1 возросла столь быстро, что начали возникать концепты поверхности планет системы, футуристические постеры о космических путешествиях между экзопланетами этой планетарной системы.

Футуристический постер о путешествии на TRAPPIST-1 e

Даже Google не обошли стороной столь популярное исследование, выпустив тематический дудл.

Дудл от Google на тему открытия планет у TRAPPIST-1

Дальнейшие исследования

Последующие исследования заметно поубавили амбиции исследователей и постепенно начали возвращать нас к реальности. Как уже говорилось ранее, близкорасположенные к звезде TRAPPIST-1 экзопланеты, скорее всего, по причине приливных сил, расположены к ней одной стороной. Подобное явление не было б столь пагубным для предполагаемых живых организмов, если бы не активность звезды. Аналогичное явление наблюдается у той же Проксима Центавра, которая, в силу своей активности, при помощи звездного ветра буквально сдувает с ближайшей экзопланеты всю атмосферу. По подсчетам исследователей, если звезда TRAPPIST-1 так же активна, как и Проксима Центавра, то ближайшие к ней планеты, за период своего существования, могли потерять объем воды равный 15 земным океанам. Подобный вывод довольно неутешительный.

Посредством звездного ветра TRAPPIST-1 может буквально сдувать атмосферу ближайших планет

Как оказалось позже, звезда TRAPPIST-1 действительно довольно активна. За 80 дней наблюдения за звездой, исследователи заметили 42 высокоэнергетические вспышки, пять из которых – мультивспышки излучений. Последние вспышки представляют собой множественный выброс энергии во всех направлениях от звезды. В результате такого явления близлежащие планеты системы TRAPPIST-1 буквально в миг потеряли бы большую часть своей атмосферы. Частота таких вспышек, по подсчетам ученых, составила – одну вспышку за 28 часов. Очевидно, за столь короткий срок никакая планета не способна восстановить свою атмосферу.

Вид с поверхности отдаленной холодной планеты TRAPPIST-1 f в представлении художника

Дальнейшее изучение звезды TRAPPIST-1 показало, что она скорее всего относительно молодая, то есть ее возраст не превышает полумиллиарда лет. Кроме того, всплески излучения данной звезды вполне способны сдуть любую землеподобную атмосферу близкой экзопланеты за 1-3 миллиарда лет. Впрочем, некоторые данные наблюдений экзопланет системы указывают на то, что эти экзопланеты не всегда были вблизи звезды, а «мигрировали» к ней за время своего существования.

Планеты TRAPPIST-1

Прежде всего, следует отметить плотную компоновку всех семи планет системы. Так если переместить все семь экзопланет в Солнечную систему, то они бы уместились между Меркурием и Землей. Подобное явление имеет место быть в силу так называемых гармонических резонансов орбит. Кратко говоря, орбитальные периоды всех экзопланет приблизительно равны целым отношениям 24/24, 24/15, 24/9, 24/6, 24/4, 24/3 и 24/2, а также кратны по отношению к соседней планете. Такие резонансы, как выяснили исследователи, являются основным требованием к существованию подобных плотных планетарных систем.

TRAPPIST-1 b

– имеет высокую температуру и низкую плотность. Последнее говорит о возможном наличии воды или других легких веществ.

TRAPPIST-1 b

• Масса — 0,79 ± 0,27 массы Земли
• Радиус — 1,086 радиуса Земли
• Плотность — 3,4 ± 1,2 г/см³ (средняя плотность Земли 5,51 г/см³)
• Температура — +127 °C или 400 K (средняя температура Земли около 14 °C или 287,2 К)
• Орбитальный период — 1,51087 дня
• Большая полуось — 0,011 а. е.

TRAPPIST-1 c

– имеет относительно высокую температуру и высокую плотность. Последнее говорит о повышенном количестве железа – более 50% массы.

TRAPPIST-1 c

• Масса — 1,63 ± 0,63 массы Земли
• Радиус — 1,056 ± 0,035 радиуса Земли
• Плотность — 7,63 ± 3,04 г/см³
• Температура — +68 °C или 342 K
• Орбитальный период — 2,4218 дня
• Большая полуось — 0,015 а. е.

TRAPPIST-1 d

– имеет плотность и температуру близкую к земным.

TRAPPIST-1 d

• Масса — 0,41 ± 0,27 массы Земли
• Радиус — 0,772 ± 0,030 радиуса Земли
• Плотность — 4,9 ± 3,3 г/см³
• Температура — +14,9 ± 5,6 °C или 288,0 ± 5,6 K
• Орбитальный период — 4,0496 дня
• Большая полуось — 0,0214 а. е.

TRAPPIST-1 e

– имеет низкую температуру и низкую плотность. Последнее говорит о наличии воды или более легких элементов в составе планеты. Однако в силу низкой температуры – вода на планете находится в твердом состоянии. Находится в зоне обитаемости.

TRAPPIST-1 e

• Масса – 0,24 (<0,80) массы Земли
• Радиус — 0,918 ± 0,039 радиуса Земли
• Плотность – 1,71 (<5,71) г/см³
• Температура — −21,9 ± 4,9 °C или 251,3 ± 4,9 K
• Орбитальный период — 6,0996 дня
• Большая полуось — 0,028 а. е.

TRAPPIST-1 f

– имеет низкую температуру и низкую плотность, может быть планетой-океаном. Находится в зоне обитаемости.

TRAPPIST-1 f

• Масса – 0,36 ± 0,12 массы Земли
• Радиус — 1,045 ± 0,038 радиуса Земли
• Плотность – 1,74 ± 0,61 г/см³
• Температура — −54,2 ± 4,2 °C или 2 219,0 ± 4,2 K
• Орбитальный период — 9,2067 дня
• Большая полуось — 0,0371 а. е.

TRAPPIST-1 g

– имеет очень низкую температуру и низкую плотность. Находится в зоне обитаемости.

TRAPPIST-1 g

• Масса – 0,566 ± 0,038 массы Земли
• Радиус — 1,127 ± 0,041 радиуса Земли
• Плотность – 2,18 ± 0,28 г/см³
• Температура — −74,6 ± 3,8 °C или 198,6 ± 3,8 K
• Орбитальный период — 12,353 дня
• Большая полуось — 0,0451 а. е.

TRAPPIST-1 h

– имеет очень низкую температуру, по подсчетам, получает столько же энергии от своей звезды, сколько пояс астероидов от Солнца. Вероятно, имеет чисто ледяной состав.

TRAPPIST-1 h

• Масса – 0,086 ± 0,084 массы Земли
• Радиус — 0,715 радиуса Земли
• Плотность – 1,27 (<2,54) г/см³
• Температура — −104,1 ± 4 °C или 169 ± 4 K
• Орбитальный период — 18,764 дня
• Большая полуось — 0,063 а. е.

Подводя итоги происходящего, следует отметить два факта:

• Вероятность существования жизни, или хотя бы жидкой воды, в данной планетарной системе все еще высока. Однако, теперь количество экзопланет, способных поддерживать жизнь не превышает трех.
• Система TRAPPIST-1 остается интересным объектом для исследователей по причине странного поведения самой звезды, которая, будучи молодой, иногда ведет себя совсем нехарактерно. Также интересным является плотная компоновка планет системы, которые не взаимодействуют между собой в силу орбитальных резонансов.

Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!

Просмотров записи: 11383

Запись опубликована: 27.08.2017
Автор: Владимир Соловьев

Солнечная система TRAPPIST-1 не подвергалась бомбардировке космическими камнями, как ранняя Земля, предполагает исследование

Семь похожих на Землю планет составляют Солнечную систему TRAPPIST-1.
(Изображение предоставлено: NASA/JPL-Caltech)

TRAPPIST-1 был бы ничем не примечательной звездой, если бы не научный интерес, вызванный ее семью планетами.

Астрономы впервые обнаружили новые миры, по крайней мере три из которых могут быть обитаемыми, в 2016 году. Теперь новое исследование предполагает, что то, как орбита планет TRAPPIST-1 может дать подсказки об их эволюции и о том, как часто космические камни разбивались в них в годы их становления.

Расположенная примерно в 40 световых годах от Солнца в созвездии Водолея, TRAPPIST-1 представляет собой холодную тусклую звезду, называемую красным карликом , наиболее распространенным типом в нашей галактике Млечный Путь .

Вокруг звезды семь экзопланет размером с Землю, обозначаемые простыми буквами от TRAPPIST-1 b до h в зависимости от их расстояния от звезды, вращаются по орбите, которую астрономы называют «резонансной». Резонанс означает, что хотя каждой планете требуется разное количество времени, чтобы завершить один оборот, пары регулярно встречаются снова в одной и той же начальной точке.

Например, на каждые 8 ​​оборотов планеты TRAPPIST-1 b, ближайшей к звезде, планета c совершает 5 оборотов, планета d 4 и планета e 2 оборота. И в новом исследовании ученые утверждают, что этот странный регулярный орбитальный танец был бы невозможен, если бы эти планеты подвергались слишком сильному удару космическими камнями после их рождения в протопланетном диске, который окружал только что сформировавшуюся звезду TRAPPIST-1 около 7 миллиардов лет. назад.

Связанный: Экзопланетная симфония: Слушайте орбитальную музыку миров TRAPPIST-1

«Мы выяснили, что после того, как эти планеты сформировались, их бомбардировало лишь очень небольшое количество вещества», — сказал астрофизик Шон Рэймонд из Университета Бордо во Франции и ведущий автор исследования . заявление . «Это круто. Это интересная информация, когда мы думаем о других аспектах планет в системе».

Группа исследователей из США и Европы смоделировала эволюцию системы TRAPPIST-1 на компьютере. Ученые пытались выяснить, сколько «материала» может поразить эти планеты, прежде чем их синхронизированный орбитальный танец будет нарушен.

«Мы не можем точно сказать, сколько вещества врезалось в каждую из этих планет, но из-за этой особой резонансной конфигурации мы можем установить для него верхний предел», — сказал Рэймонд. «Мы можем сказать: «Это не могло быть больше, чем это». И оказывается, что этот верхний предел на самом деле довольно мал».

Модель предполагает, что планеты в системе TRAPPIST-1 должны были сформироваться очень рано и очень быстро, примерно за одну десятую того времени, которое потребовалось нашей Земле , говорится в заявлении ученых.

К тому времени, когда протопланетный диск вокруг TRAPPIST-1 исчез, эти планеты уже вращались вокруг своей родительской звезды. Ученые считают, что протопланетные диски, заполненные газом и пылью, существуют всего несколько миллионов лет после образования новой звезды. По словам исследователей, компьютерные модели предполагают, что гравитационная сила этого диска толкает планеты в орбитальный резонанс. Столкновение большого тела, похожего на то, которое пересеклось с молодой Землей около 4,5 миллиардов лет назад при столкновении, которое образовал луну , определенно нарушил бы этот синхронизированный орбитальный танец.

Ученые надеются, что понимание интенсивности бомбардировки космическими камнями на ранних стадиях жизни планеты поможет им понять химический состав планеты. В случае Земли считается, что многие химические элементы, в том числе животворящая вода, попали в нее в результате столкновения с кометами , астероидами и метеоритами. Считается, что само по себе столкновение, в результате которого образовалась Луна, доставило на планету большую часть углерода и азота, которые являются необходимыми предпосылками для существования жизни.

В настоящее время ученым очень мало известно о химическом составе миров TRAPPIST-1. Понимание количества космических камней, которые врезались в них, могло бы улучшить эти оценки.

«Сегодня у нас есть некоторые ограничения на состав этих планет, например, сколько воды они могут иметь», — сказал в своем заявлении Андре Изидоро, астрофизик из Университета Райса в Хьюстоне и соавтор статьи. «Но у нас очень большие погрешности».

Но эти планеты, возможно, уже сформировались из материи, содержащей больше водорода и, естественно, имеют больше воды, чем Земля, даже без всех этих прилетающих комет и космических камней.

«Например, если на одной из этих планет много воды, скажем, 20% по массе, вода должна была попасть в планеты рано, во время газовой фазы», ​​— сказал Изидоро. «Поэтому вам нужно будет понять, какой процесс мог принести эту воду на эту планету».

Прямо сейчас у ученых есть ограниченные инструменты, чтобы продвинуться намного дальше. Но новые обсерватории, такие как космический телескоп Джеймса Уэбба , который должен начать работу в 2022 году и является самым мощным космическим телескопом из когда-либо построенных, и завершение в 2024 году Чрезвычайно большой телескоп в Европейской южной обсерватории может собрать на свои места различные части головоломки.

Истории по теме:

«Для системы TRAPPIST-1 у нас есть планеты с массой Земли, которые образовались рано», — говорится в заявлении Радждипа Дасгупты, планетолога из Университета Райса и еще одного соавтора статьи. «Таким образом, одно потенциальное различие по сравнению с формированием Земли заключается в том, что они могли с самого начала иметь некоторую водородную атмосферу и никогда не подвергались позднему гигантскому удару. И это может сильно изменить эволюцию с точки зрения внутренней части Земли. планеты, выделение газа, летучие потери и другие вещи, которые имеют значение для обитаемости».

В конце этой загадки ученые, надеюсь, узнают, может ли быть жизнь на какой-либо из этих далеких Земель.

Исследование описано в статье , опубликованной в четверг (25 ноября) в журнале Nature Astronomy.

Следите за Терезой Пултаровой в Твиттере @TerezaPultarova . Подпишитесь на нас в Твиттере @Spacedotcom и на Facebook .

Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].

Тереза ​​— лондонский журналист, работающий в области науки и техники, начинающий писатель-фантаст и гимнастка-любитель. Родом из Праги, Чешская Республика, она провела первые семь лет своей карьеры, работая репортером, сценаристом и ведущей различных телепрограмм Чешского общественного телевидения. Позже она сделала перерыв в карьере, чтобы продолжить образование, и добавила степень магистра естественных наук Международного космического университета во Франции к степени бакалавра журналистики и магистра культурной антропологии Карлова университета в Праге. Она работала репортером в журнале Engineering and Technology, работала внештатным сотрудником в ряде изданий, включая Live Science, Space.com, Professional Engineering, Via Satellite and Space News, а также работала научным редактором в Европейском космическом агентстве.

океанских миров в системе Trappist-1 | Журнал Air & Space

Система Trappist-1, показанная здесь в представлении художника, имеет семь известных планет, но только три из них считаются обитаемыми.

Международная научная группа под руководством Патрика Барта из Университета Сент-Эндрюс в Шотландии оценила планетарную эволюцию трех планет в системе Trappist-1, семействе экзопланет, находящихся всего в 40 световых годах от Земли. Все три планеты считаются потенциально обитаемыми.

Ученые поняли, что взаимодействие между ранними магматическими океанами планет и их атмосферами имеет решающее значение для понимания того, сколько воды может существовать сегодня в этих мирах, которые, по первоначальным оценкам, имели объем воды от 1 до 100 земных океанов. Моделирование команды выявило три различных пути развития планет: сухой сценарий, умеренно влажный и влажный.

Trappist-1g (в 1,2 раза больше массы Земли, но с плотностью на 25 процентов ниже), вероятно, следовал влажному сценарию. Trappist-1f, следующая ближайшая планета к своей звезде-хозяину, имеет массу в 0,7 раза больше массы Земли и, вероятно, будет умеренно влажной или влажной. Обе планеты оказались покрыты толстыми океанами и потенциально богатой кислородом атмосферой. Фактически, научная группа экстраполировала, что глубина океана на Trappist-1g может составлять 670 километров!

Далее авторы предположили, что Trappist-1e, самая внутренняя из трех планет обитаемой зоны с массой в 0,8 раза больше земной и плотностью примерно такой же или немного выше, вероятно, следовала сухому или умеренно влажному эволюционному пути и должна быть максимально похожим на Землю. Эта оценка согласуется с Каталогом обитаемых экзопланет, в котором Trappist-1e указан как наиболее многообещающая из трех планет с точки зрения потенциальной обитаемости. На самом деле этот мир занимает 11 ^место среди всех известных экзопланет по Индексу сходства с Землей, предложенному мной и другими исследователями.

Однако к новым результатам следует относиться с долей скептицизма, поскольку авторы не учитывали влияние углекислого газа в качестве парникового газа, а также влияние больших астероидных столкновений, подобных тому, что создало Луну. Правильное определение степени потепления парниковых газов особенно важно для оценки обитаемости. Без парникового эффекта средняя температура Земли была бы намного ниже точки замерзания воды, а не 15,9 градусов по Цельсию.0111 o градусов по Цельсию, которые мы видим сегодня. Расчетная температура на Trappist-1d, которую авторы не учитывали, составляет около 10 ^o C. Если у нее действительно есть менее выраженный парниковый эффект, чем у Земли, она также может быть обитаемой.

Оценивая потенциал жизни на планетах траппистов-1, мы должны понимать, что это совсем другая солнечная система, чем наша. Выводы, которые мы могли бы сделать на основе нашего собственного планетарного соседства, вряд ли будут верны. Начнем с того, что родительская звезда Trappist-1 едва больше Юпитера. Солнечная система старше нашей, возможно, вдвое старше. Кроме того, все планеты Trappist-1 вращаются вокруг своей звезды ближе, чем орбита Меркурия вокруг Солнца, и год на этих мирах длится всего от 1,5 до 18,8 земных дней.