Содержание
Семь экзопланет системы TRAPPIST-1 похожи по составу
1779
Добавить в закладки
Международная команда ученых во главе с астрофизиками из
Вашингтонского университета (США) с исключительной точностью
измерила плотности семи планет экзопланетной системы TRAPPIST-1.
Полученные значения указывают на то, что у всех планет похожий
состав, сообщает
пресс-служба Льежского университета (Франция). Результаты работы
опубликованы в
журнале Planetary Science Journal.
Система TRAPPIST-1 – дом для самого большого количества планет,
схожих по размеру с Землей, когда-либо обнаруженных за пределами
Солнечной системы. TRAPPIST-1 была обнаружена в 2016 году
исследователями Льежского университета. С того момента
астрофизики изучали ее семь планет, используя космические
(телескопы НАСА Kepler и Spitzer) и наземные телескопы (в
частности, TRAPPIST и SPECULOOS).
Один только телескоп Spitzer
провел более 1000 часов целевых наблюдений за системой (до того,
как прекратил работу в январе 2020 года). Эти наблюдения
позволили измерить массу и диаметр планет, исходя из чего ученые
заключили, что семь планет схожи с Землей и должны быть
скалистыми.
Новое – более точное – исследование добавляет ещё одну
характеристику – плотность. Авторы работы подсчитали, что все
экзопланеты системы имеют плотность примерно на 8% меньше, чем у
Земли, и этот факт может повлиять на их состав. Могут измениться
пропорции железа, кислорода, магния и кремния – элементов, из
которых состоит большинство скалистых планет (в том числе
Земля).
Исследователи выдвинули три гипотезы, объясняющие эту разницу в
плотности с нашей планетой. Согласно первой, состав экзопланет
такой же, как у Земли, но железа меньше (около 21% по сравнению с
32% у нашей планеты). В составе Земли большая часть железа
находится в ядре, поэтому предполагается, что ядра планет
TRAPPIST-1 обладают более низкими относительными массами.
Вторая гипотеза: составы исследуемых планет лучше обогащены
кислородом по сравнению с составом нашей планеты. Взаимодействуя
с железом, кислород образует оксид железа. К примеру, поверхность
Марса приобретает красный цвет из-за оксида железа, но у него –
как и у Земли, Меркурия и Венеры – ядро состоит из
неокисленного железа. Если более низкая плотность планет
TRAPPIST-1 была полностью обусловлена окисленным железом, тогда
планеты «проржавели бы до самого сердца» и у них не было бы
настоящего ядра. При этом, авторы не исключают, что оба сценария
могут работать одновременно: у планет TRAPPIST-1 может быть
меньше железа в целом и немного окисленного железа.
Третий вариант состоит в том, что на этих планетах больше
воды, чем на Земле. Этот сценарий согласуется с результатами
независимых теоретических исследований, который указывают на то,
что планеты TRAPPIST-1 сформировались дальше от своей звезды в
холодной, богатой льдом среде. Если это объяснение верно, то вода
может составлять около 5% от общей массы четырех внешних планет
системы.
Для сравнения: вода составляет менее одной десятой
процента от общей массы Земли. Трем внутренним планетам в
TRAPPIST-1, расположенным слишком близко к своим звездам, чтобы
вода оставалась жидкой при большинстве обстоятельств, потребуются
горячие и плотные атмосферы, как на Венере, где вода может
оставаться в виде пара. Но, по мнению авторов работы, это
объяснение кажется менее вероятным: это было бы совпадением, что
на всех семи планетах присутствует ровно столько воды, чтобы у
планет была одинаковая плотность.
[Фото: NASA/JPL-CALTECH]
Автор Материал Оформила Татьяна Матвеева
TRAPPIST-1
плотность планет
система TRAPPIST-1
состав планет
экзопланеты
Источник:
www.news.uliege.be
Информация предоставлена Информационным агентством «Научная Россия». Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано
Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.
НАУКА ДЕТЯМ
Телеинтервью Президента РАН Геннадия Красникова телекомпании Совета Федерации «Вместе-РФ»
16:58 / Наука и общество, Персона
Структура белка из шелкопряда подсказала ученым, как защитить зрение человека
16:30 / Биология
Скомканный графен и частицы металла помогли создать новый сверхпрочный материал
15:30 / Физика
Датчик ученых Пермского Политеха повысит чувствительность роботов и бионических протезов
14:30 / Физика
Ученые МГУ с коллегами создали новую модель геологического строения Северного Ледовитого океана
13:30 / Науки о земле, Геология
Ученые засняли на видео, как осьминоги бросаются илом и ракушками друг в друга
13:00 / Биология
Глава Минобрнауки Валерий Фальков принял участие в заседании Национального координационного совета по поддержке молодых талантов
12:55 / Наука и общество
В ЮФУ создали молекулярную платформу для новых материалов
12:30 / Химия
В НГТУ НЭТИ разработали планетарную шаровую мельницу для измельчения золота, серебра и платины
11:30 / Новые технологии
Вице-президент РАН Степан Калмыков: «В современной науке важна широта мышления»
10:30 / Образование, Химия, Общее собрание РАН 2022
Памяти великого ученого.
Наука в глобальном мире. «Очевиднное — невероятное» эфир 10.05.2008
04.03.2019
Памяти великого ученого. Нанотехнологии. «Очевидное — невероятное» эфир 3.08.2002
04.03.2019
Вспоминая Сергея Петровича Капицу
14.02.2017
Смотреть все
Некоторые планеты системы TRAPPIST-1 содержат много воды и обладают благоприятной атмосферой
12K
Измеренные плотности в сочетании с моделями состава планет показали, что поверхности семи планет системы TRAPPIST-1 – не просто голая каменная пустыня.
В новом исследовании, представленном в журнале Astronomy & Astrophysics, сообщается, что все семь планет, обращающихся вокруг близкой к Земле холодной карликовой звезды TRAPPIST-1, преимущественно состоят из каменных пород, а воды на некоторых из них может быть даже больше, чем на Земле.
Плотности этих планет, которые теперь известны с гораздо большей точностью, свидетельствуют о том, что у некоторых из них вода может составлять до 5% их массы – примерно в 250 раз больше, чем количество воды в океанах на нашей планете. Более горячие миры, расположенные вблизи своей материнской звезды, вероятно, окружены плотной атмосферой из водяного пара, а более далекие покрыты льдом. Четвертая от центральной звезды планета по своим размерам, плотности и количеству света, которое она получает, больше всего похожа на Землю, и, среди всех миров системы, в наибольшей степени является каменной и потенциально может обладать запасами воды.
Планеты, обращающиеся вокруг ультра-холодного красного карлика TRAPPIST-1, в сравнении с Землей. Credit: ESO/M. Kornmesser
Планетная система тусклого красного карлика TRAPPIST-1, находящегося всего в 40 световых годах от Земли, была обнаружена в 2016 году. Последующие наблюдения выявили в этой системе не менее семи планет, близких по размеру к Земле.
Экзомиры получили обозначения TRAPPIST-1b, c, d, e, f, g и h, в порядке увеличения их расстояния от центральной звезды.
После того, как были выполнены новые наблюдения системы наземными и космическими телескопами, группа исследователей во главе с Симоном Гриммом из Бернского университета (Швейцария) применила к полученным данным сложные методы численного моделирования и определила плотности планет системы TRAPPIST-1 с гораздо большей точностью, чем это было сделано ранее.
Планетная система TRAPPIST-1 глазами художника. Credit: ESO/M. Kornmesser
«Планеты системы TRAPPIST-1 так плотно упакованы, что оказывают друг на друга сильное гравитационное воздействие, и поэтому моменты их прохождений по диску материнской звезды – транзитов – несколько сдвигаются. Эти сдвиги зависят от масс планет, от расстояний между ними и от других орбитальных параметров. В нашей компьютерной модели мы изменяли параметры орбит планет до тех пор, пока вычисленные моменты транзитов не совпали с наблюдаемыми, а из этого нашли и массы планет», – рассказывает Симон Гримм.
Одна из целей исследований экзопланет – установить состав тех из них, которые напоминают Землю по размерам и температуре. После открытия системы TRAPPIST-1 технические возможности инструментов ESO в Чили и космических телескопов «Spitzer» и «Hubble» позволили достичь этой цели. Исследователи впервые узнали, из чего состоят землеподобные экзопланеты!
Измеренные плотности в сочетании с моделями состава планет приводят к заключению, что поверхности семи планет системы TRAPPIST-1 – не просто голая каменная пустыня. Они содержат значительное количество летучих веществ, вероятно, воды, количество которой у некоторых из них достигает 5% от общей массы. Это очень много – для сравнения, на Земле вода составляет всего около 0,02% ее массы.
TRAPPIST-1b и c, самые близкие к центральному светилу планеты системы, скорее всего, имеют каменное ядро и окружены гораздо более плотными атмосферами, чем Земля.
А вот TRAPPIST-1d – самая легкая: ее масса всего около 30% земной, и ученые сомневаются, что у нее может быть заметная атмосфера, океаны или ледяной покров.
Характеристики экзопланет системы TRAPPIST-1 в сравнении с характеристиками планет земной группы Солнечной системы. Credit: NASA/JPL
Астрономы с удивлением обнаружили, что TRAPPIST-1e – единственная из всех планет системы, плотность которой несколько выше, чем у Земли. Это может означать, что у нее, скорее всего, имеется более плотное железное ядро. Загадочным образом TRAPPIST-1e оказывается значительно более «каменной», чем все остальные планеты системы.
TRAPPIST-1f, g и h настолько далеки от центральной звезды, что вода на их поверхности должна замерзать. Если у них есть атмосферы, они вряд ли содержат тяжелые молекулы, которыми богата земная атмосфера, как, например, углекислый газ.
Планетная система TRAPPIST-1, несомненно, останется в центре внимания исследователей и будет интенсивно изучаться с помощью наземных и космических инструментов, в том числе с Чрезвычайно Большим Телескопом ESO и с космическим телескопом NASA «James Webb».
7 каменистых планет, вращающихся вокруг TRAPPIST-1, могут быть сделаны из похожего материала
Пресс-релизы | Исследования | Наука
22 января 2021 г.
Художественное изображение звезды TRAPPIST-1 и ее семи миров. NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (IPAC)
В звездной системе TRAPPIST-1 находится самая большая группа планет размером примерно с Землю, когда-либо обнаруженных за пределами нашей Солнечной системы. Обнаруженные в 2016 году примерно в 40 световых годах от нас, эти семь скалистых братьев и сестер дают представление об огромном разнообразии планетных систем, которые, вероятно, заполняют Вселенную.
Исследование, опубликованное журналом Planetary Science Journal, показывает, что планеты имеют одинаковую плотность. Это может означать, что все они содержат примерно одинаковое соотношение материалов, которые считаются общими для каменистых планет, таких как железо, кислород, магний и кремний. Если это так, то, хотя планеты TRAPPIST-1 могут быть похожи друг на друга, они заметно отличаются от Земли: их плотность примерно на 8% меньше, чем если бы они имели такой же химический состав, как наша планета.
Эти открытия дают астрономам новые данные, которые они используют, чтобы попытаться определить точный состав этих планет и сравнить их не только с Землей, но и со всеми каменистыми планетами в нашей Солнечной системе, по словам ведущего автора Эрика Агола. , профессор астрономии Вашингтонского университета.
«Это одна из самых точных характеристик набора скалистых экзопланет, которая дала нам высокоточные измерения их диаметров, плотности и массы», — сказал Агол. «Это информация, необходимая нам для выдвижения гипотез об их составе и понимания того, чем эти планеты отличаются от каменистых планет в нашей Солнечной системе».
С момента первоначального обнаружения в 2016 году миров TRAPPIST-1 ученые изучали это планетарное семейство с помощью нескольких космических и наземных телескопов, в том числе космических телескопов НАСА «Кеплер» и «Спитцер». Один только Спитцер провел более 1000 часов целенаправленных наблюдений за системой, прежде чем был выведен из эксплуатации в январе 2020 года.
Поскольку они слишком малы и слабы для непосредственного наблюдения, все семь экзопланет были обнаружены с помощью так называемого транзитного метода: поиска провалов в звезде. яркость создается, когда планеты пересекаются перед ним.
Предыдущие расчеты показали, что планеты примерно такого же размера и массы, как Земля, и поэтому также должны быть каменистыми или земными — в отличие от газовых миров, таких как Юпитер и Сатурн. Это новое исследование предлагает самые точные измерения плотности на сегодняшний день для любой группы экзопланет.
Плотность планеты определяется не только ее составом, но и размером: гравитация сжимает материал, из которого состоит планета, увеличивая плотность планеты. Несжатая плотность корректируется с учетом эффекта гравитации и может показать, как сравнивается состав различных планет. НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калтех
«Ночное небо полно планет, и только в течение последних 30 лет мы смогли начать разгадывать их тайны», — сказала соавтор Кэролайн Дорн из Цюрихского университета.
«Система TRAPPIST-1 очаровательна, потому что вокруг этой звезды мы можем узнать о разнообразии скалистых планет в рамках одной системы. И мы действительно можем узнать больше о планете, изучая ее соседей, так что эта система идеально подходит для этого».
Команда, в которую входят ученые из США, Швейцарии, Франции, Великобритании и Марокко, использовала наблюдения за падением звездного света и точные измерения времени обращения планет для проведения подробных измерений массы каждой планеты и диаметр, а оттуда определить его плотность. Соавторы Agol и UW Закари Лэнгфорд и Виктория Медоуз, профессор астрономии, проанализировали данные и выполнили компьютерное моделирование, которое ограничило орбиты планет TRAPPIST-1 и рассчитало их плотности.
Благодаря более точным измерениям плотности объекта мы можем больше узнать о его составе. Бейсбольный мяч и пресс-папье могут быть одного размера, но бейсбольный мяч намного легче. Ширина и вес вместе показывают плотность каждого объекта, и отсюда можно сделать вывод, что бейсбольный мяч сделан из более легких материалов, таких как веревка и кожа, а пресс-папье имеет более тяжелый состав, такой как стекло или металл.
Плотность восьми планет в нашей Солнечной системе сильно различается. Газовые гиганты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — крупнее, но гораздо менее плотны, чем четыре скалистые планеты. Земля, Венера и Марс имеют одинаковую плотность, но Меркурий содержит гораздо более высокий процент железа, поэтому, хотя это самая маленькая планета Солнечной системы в диаметре, Меркурий занимает второе место по плотности среди всех восьми планет.
С другой стороны, все семь планет TRAPPIST-1 имеют одинаковую плотность, что отличает систему от нашей. Разница в плотности между планетами TRAPPIST-1 и Землей, Венерой и Марсом может показаться небольшой — около 8% — но в планетарном масштабе она значительна. Например, один из способов объяснить более низкую плотность состоит в том, что планеты TRAPPIST-1 имеют состав, аналогичный земному, но с более низким процентным содержанием железа — около 21% по сравнению с 32% на Земле, согласно исследованию.
В качестве альтернативы, железо на планетах TRAPPIST-1 может содержать большое количество кислорода, образуя оксид железа или ржавчину.
Дополнительный кислород уменьшит плотность планет. Поверхность Марса приобретает красный оттенок из-за оксида железа, но, как и у трех его земных собратьев, у него есть ядро, состоящее из неокисленного железа. Напротив, если бы более низкая плотность планет TRAPPIST-1 была полностью вызвана окисленным железом, то планеты должны были бы быть полностью ржавыми и не иметь железных ядер.
Агол сказал, что ответ может быть комбинацией двух сценариев — меньше железа в целом и некоторое количество окисленного железа.
Художественное изображение трех возможных интерьеров экзопланет TRAPPIST-1. Чем точнее ученые знают плотность планеты, тем больше они могут сузить диапазон возможных недр этой планеты. Все семь планет имеют очень одинаковую плотность, поэтому они, вероятно, имеют схожий состав. общая плотность планеты. Если бы это было так, вода должна была бы составлять около 5% от общей массы четырех внешних планет. Для сравнения, вода составляет менее 0,1% от общей массы Земли.
Три внутренние планеты TRAPPIST-1, расположенные слишком близко к своей звезде, чтобы вода могла оставаться жидкой в большинстве случаев, потребуют горячей и плотной атмосферы, как на Венере, где вода может оставаться связанной с планетой в виде пара. Но это объяснение кажется менее вероятным, потому что, по словам Агола, было бы совпадением, если бы на всех семи планетах было достаточно воды, чтобы иметь такие же плотности.
После запуска космический телескоп НАСА имени Джеймса Уэбба должен иметь возможности для дальнейшего исследования этой системы, включая сбор более подробной информации об атмосферах семи миров TRAPPIST-1.
«Есть еще много вопросов, на которые нужно ответить о TRAPPIST-1 и его мирах, — сказал Агол. «И в некотором смысле ответы на них помогают нам понять и нашу собственную солнечную систему».
Агол и Медоуз являются членами команды Виртуальной планетарной лаборатории НАСА NExSS и астробиологической программы Университета Вашингтона. Участие Агола в исследовании финансировалось Национальным научным фондом, НАСА, Фондом Гуггенхайма и Виртуальной планетарной лабораторией.
Для получения дополнительной информации свяжитесь с Agol по телефону [email protected] .
Адаптировано из рассказа Лаборатории реактивного движения НАСА.
Теги: Программа астробиологии • астрономия и астрофизика • Колледж искусств и наук • Факультет астрономии • Эрик Агол • планетарная наука • Виртуальная планетарная лаборатория
Джеймс Уэбб вглядывается в звездную систему TRAPPIST-1 Полный планет земного типа
Космический телескоп Джеймса Уэбба начал изучать наиболее привлекательных кандидатов на существование жизни в других частях Вселенной — группу экзопланет в звездной системе, известную как TRAPPIST-1.
Это означает, что в ближайшие годы астрономы могут ожидать множество данных от группы планет за пределами нашей Солнечной системы, которые помогут ответить на извечный вопрос: одни ли мы во Вселенной?
В последние недели Уэбб поразил мир после того, как НАСА выпустило первую серию правильных наблюдений, включая самое глубокое инфракрасное изображение Вселенной из когда-либо сделанных.
В то время как потрясающие и красочные изображения далеких космических объектов, полученные телескопом, захватывают общественное воображение, может быть легко упустить из виду огромное количество необработанных данных, которые телескоп собирал и будет продолжать собирать.
Представление художника о системе TRAPPIST-1, размещенное НАСА в сети в 2017 году. TRAPPIST-1 — одна из самых заманчивых групп экзопланет — планет за пределами Солнечной системы, о которых мы знаем.
НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт
Почти сразу после того, как он смог проводить научные наблюдения, Уэбб начал изучение системы TRAPPIST-1 в приоритетном порядке. TRAPPIST-1 — красный карлик, расположенный на расстоянии около 12 парсеков (39световых лет) от нашего Солнца и интересует астрономов с тех пор, как он был обнаружен в 2017 году.
Это потому, что у TRAPPIST-1 было обнаружено по крайней мере семь каменистых экзопланет — планет, существующих за пределами Солнечной системы, — вращающихся вокруг нее с размерами и массами, подобными массе Земли.
Более того, первоначальные наблюдения показали, что температура некоторых планет может быть достаточно низкой, чтобы гипотетически поддерживать наличие жидкой воды.
«Есть и другие планеты, которые относятся к земному или умеренному климату или к тому и другому, но обычно они находятся слишком далеко или вокруг звезды, которая слишком велика, чтобы мы могли их изучать», — Жюльен де Вит, доцент кафедры Земли, атмосферных исследований. и планетарных наук Массачусетского технологического института и часть команды, открывшей систему TRAPPIST-1, рассказали Ньюсуик .
«Значит, это единственные окна, которые у нас есть, возможно, в атмосферу других обитаемых земных планет, и это то, что в них действительно особенное.»
Однако из-за технических ограничений мы пока не можем установить критическую характеристику этих планет: есть ли у них атмосфера или нет. То есть, пока Уэбб не вышел на сцену.
«Сейчас мы хотим ответить на вопрос, есть ли у них атмосфера? Если у них есть атмосфера, тогда все станет очень захватывающим», — сказал Микаэль Гийон, исследователь экзопланет из Льежского университета в Бельгии, возглавлявший команду.
которая открыла систему TRAPPIST-1.
Он сказал Newsweek : «Вам действительно нужен очень большой телескоп, который находится далеко от Земли, за которым вы можете наблюдать часами или днями, если потребуется, и который работает в большом диапазоне длин волн в инфракрасном [спектре], потому что именно здесь находятся все молекулярные спектроскопические особенности, которые мы ищем. И Джеймс Уэбб — это именно то, о чем я говорю».
Для де Вита технологический шаг вперед, сделанный с Webb, трудно переоценить. «Что касается информационного содержания, мы в значительной степени переходим от прослушивания радио к телевидению», — сказал он.
Splitting Light
Метод, который ученые будут использовать для определения наличия атмосферы у планет TRAPPIST-1, называется транзитной спектроскопией. Он работает, собирая солнечный свет, проходящий вокруг ближайшей планеты, и разделяя этот свет на спектр — так же, как призма разделяет белый свет на радугу.
Если этот солнечный свет прошел через атмосферу планеты на пути к Земле, тогда в спектре этого света будут явные признаки.
«Итак, у вас есть отпечатки химической сигнатуры атмосферы, которые появляются в ваших данных и ваших спектроскопических данных», — сказал Гиллон.
Иллюстрация космического телескопа Джеймса Уэбба в космосе. Телескоп, запущенный в декабре прошлого года, приступил к проведению научных работ. Лицензия на изображение: https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/
NASA GSFC/CIL/Адриана Манрике Гутьеррес
Исследование будет проводиться поэтапно. Во-первых, астрономы Уэбба установят, действительно ли какая-либо из планет TRAPPIST-1 имеет атмосферу, что само по себе является огромным достижением.
Во-вторых, начнется работа по выяснению того, из чего состоит каждая из этих атмосфер. Процесс, который де Вит назвал «подобным очистке лука».
«Стоит отметить, что что-то может быть легко обнаружено только потому, что оно обладает очень сильными характеристиками, но его количество может быть очень, очень небольшим», — добавил он. «Итак, мы начнем находить молекулярные особенности, это здорово.
Но следующим шагом будет получение нами достаточного количества данных, чтобы мы могли начать обсуждать, сколько существует того или иного, а затем мы можем даже начать извлекать информацию о температуры в зависимости от высоты и давления».
Затем команда Уэбба могла начать делать выводы о поверхностных условиях и процессах, которые могли привести к присутствию этих атмосферных компонентов в первую очередь.
«Это похоже на ваше любимое телешоу, и вы должны ждать неделю, чтобы увидеть следующую серию», — сказал де Вит. «В этом случае вам, возможно, придется подождать год, чтобы получить следующий эпизод».
Имея газ
Есть много атмосферных компонентов, которые могут представлять интерес для ученых, изучающих планеты TRAPPIST-1 — водяной пар может быть одним из первых, что приходит на ум, — но для Гиллона самым важным будет метан.
«Метан, как мы знаем, имеет очень короткий срок службы», сказал он. «В такой атмосфере его молекулы исчезают очень быстро.