Trappist 1 система: Ученые усомнились в наличии воды на землеподобных планетах в системе TRAPPIST-1 — Наука

Ученые уточнили массы и плотности семи планет системы TRAPPIST-1


10.6K

Like
Love
Haha
Wow
Sad
Angry

4

Система красного карлика TRAPPIST-1 является домом для самой большой группы схожих по размеру с Землей планет.

Подробный анализ наблюдений за экзопланетами в системе звезды TRAPPIST-1 позволил ученым с высокой точностью определить их массы и показать, что все они обладают практически одинаковой плотностью, которая несколько меньше земной. Исследование, описывающее возможные составы этих интригующих миров, представлено в журнале Planetary Science Journal.

«Система звезды TRAPPIST-1 увлекательна, потому что предоставляет нам уникальный шанс увидеть разнообразие каменистых планет в рамках одного семейства», – рассказывает Кэролайн Дорн, соавтор исследования из Цюрихского университета (Швейцария).



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 нас, была обнаружена в 2016 году. Последующие наблюдения выявили в ней семь близких по размеру с Землей планет. Экзомиры, открытые методом транзита, получили обозначения TRAPPIST-1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g и 1h в порядке увеличения их расстояния от центральной звезды.

Идеальная система

С момента первоначального обнаружения планет TRAPPIST-1 ученые изучали это семейство с помощью нескольких космических и наземных телескопов.

«Собранные за эти годы данные позволили нам уточнить массы и плотности всех семи каменистых миров. Это говорит о важности продолжительных наблюдений экзопланетных систем», – отметил Саймон Гримм, соавтор исследования из Бернского университета (Швейцария).



Плотности планет системы TRAPPIST-1 в сравнении с плотностями планет земной группы. Credit: NASA/JPL-Caltech

В Солнечной системе плотности восьми планет сильно различаются. Гиганты Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун гораздо менее плотные, чем четыре каменистых мира: Земля, Венера, Марс и Меркурий. В системе TRAPPIST-1, как оказалось, дела обстоят по-другому.

«То, что планеты TRAPPIST-1 имеют практически одинаковую плотность, указывает на примерно одинаковое соотношение элементов в них, таких как железо, кислород, магний и кремний, из которых, как считается, состоит большинство каменистых миров. Основываясь на этом заключении, мы оценили, какая смесь основных ингредиентов может дать планетам TRAPPIST-1 такую ​​плотность», – пояснили авторы исследования.

Вода или железо

В первую очередь, объединив различные модели строения планет и их атмосфер, исследователи с беспрецедентной точностью оценили возможное количество воды, содержащееся на семи «сестрах» TRAPPIST-1, и сопоставили его с их плотностью.

«Если бы более низкая плотность по отношению к земной могла быть объяснена присутствием воды, на нее приходилось бы около 5 процентов общей массы каждой из четырех внешних планет. Для сравнения, у Земли этот показатель менее 0,1 процента. Однако предыдущие исследования указывают на то, что три внутренние планеты системы TRAPPIST-1 лишены воды на поверхности и могут содержать ее лишь в виде пара в раскаленных плотных атмосферах», – добавил Эрик Агол, ведущий автор исследования из Вашингтонского университета (США).

Кроме этого, кажется маловероятным, что по удачному стечению обстоятельств на всех семи планетах оказалось достаточно воды, чтобы они имели ​​одинаковую плотность.



Три возможных строения планет системы TRAPPIST-1. Слева – каменистая поверхность, большое количество железа, равномерно перемешанного с другими элементами в недрах. В центре – каменистая поверхность с богатым железом ядром, которое меньше земного. Справа – обширный глубокий океан на поверхности, крупное богатое железом ядром (маловероятно и
возможно только для четырех внешних планет). Credit: NASA/JPL-Caltech

Другая идея заключается в том, что все планеты системы TRAPPIST-1 имеют схожий с Землей состав, но с меньшим процентным содержанием железа – около 21 процента вместо 32 процентов. Третий сценарий – обильное содержание насыщенного кислородом железа, который уменьшил бы плотность миров, с отсутствием железного ядра.

«При этом более низкая плотность может быть вызвана комбинацией этих двух факторов – меньше железа в целом и некоторое его количество в окисленной форме. Однако получить ответ на этот вопрос мы сможем лишь проведя наблюдения системы на инструментах следующего поколения», – заключил Эрик Агол.

определить автоматически

Закрыть

Планеты в обитаемой зоне системы TRAPPIST-1 могут быть раскалены из-за магнитного поля своей звезды / Хабр

Так, по мнению художника, может выглядеть система красного карлика

Об открытии системы TRAPPIST-1 с небольшой звездой и сразу несколькими экзопланетами в потенциально обитаемой зоне в прошлом году писали практически все СМИ, даже те, что не имеют никакого отношения к науке и ее достижениям. Но удивляться здесь не приходится, поскольку у звезды (ее каталожный номер 2MASS J23062928-0502285) в TRAPPIST-1 обнаружено сразу семь экзопланет, три из которых находятся в так называемой потенциально обитаемой зоне. То есть, они удалены от своей звезды на расстояние, оптимальное для существования воды в жидком виде на их поверхности.

Остальные планеты в этой системе находятся вне так называемой зоны обитаемости, так что они либо слишком горячие, либо слишком холодные для существования там воды. Но сразу три планеты, на которых может существовать жизнь — это больше того, что раньше видели ученые в других звездных системах. Появилась надежда на то, что планеты действительно пригодны для обитания.


Правда, вскоре было высказано мнение, что органическая жизнь не может существовать на экзопланетах TRAPPIST-1 из-за активности своей звезды. А сейчас астрономы показали, что все близкие к звезде планеты в этой системе, скорее всего, нагреты до очень высоких температур.

Все дело в магнитном поле звезды. Команда ученых из Европы обнаружила, что магнитное поле TRAPPIST-1 очень сильное. Оно может создавать нечто вроде эффекта микроволновой печи, нагревая планеты, находящиеся рядом до такой степени, что на их поверхности вместо воды плещется лава.

Индукционный нагрев — это то, что мы часто используем на своей планете. Индукционный нагрев — это нагревание материалов электрическими токами, которые индуцируются переменным магнитным полем. Магнитное поле возбуждает возникновение вихревых токов, например, в металлическом изделии. Но то же самое может быть актуальным и для неметаллических объектов, притом весьма крупных.

В нашей Солнечной системы такой опасности нет, поскольку планеты и их спутники достаточно далеко расположены от источников мощного магнитного излучения, которое может спровоцировать нагрев. Это, в частности, актуально для нашей системы — ни для одной из ее планет такой угрозы нет. Зато эта ситуация нередко встречается в других системах, где планеты находятся гораздо ближе к своей звезде, чем в Солнечной системе.

Для того, чтобы индукционное нагревание работало, магнитное поле должно часто изменяться. Нагрев планеты магнитным полем звезды происходит в том случае, если система «звезда-планета» соответствует следующим критериям: планета быстро вращается, ее магнитные поля не совпадают с осью вращения (как например, обстоят дела на Земле). Все это обеспечивает возможность нагрева планет в системе.

Звезда TRAPPIST-1 относится к классу карликов типа М. Звезды этого типа — небольшие, относительно холодные. Но обитаемая зона находится гораздо ближе к звезде, чем в других системах. Кроме того, у таких звезд индукция магнитного поля составляет тысячи Гауссов. Магнитное поле вокруг Солнца примерно в 1000 раз более слабое.

Еще один фактор, который нужен для нагрева — быстрое вращение звезды. Например, Проксима Центавра вращается быстро, Солнце медленнее. А TRAPPIST-1 совершает полный поворот вокруг своей оси всего за три дня. Ученые, которые изучают проблему нагревания планет в системе Trappist -1, построили математическую модель, чтобы оценить воздействие звезды на свои планеты.

Эта звезда имеет магнитное поле с индукцией в 600 Гауссов. В своей модели ученые использовали иной срок обращения звезды в 1,4 дня.

Впрочем, ключевой показатель здесь даже не период обращения вокруг своей оси, а тип материалов, из которых сложены планеты системы. Интенсивность нагрева планеты в ходе воздействия магнитной индукции в значительной мере зависит от типа материалов, из которых сложена планета. К сожалению, из-за удаленности Trappist-1 не представляется возможным оценить минералогический и химический состав экзопланет системы.

Если принять за основу предположение о схожем с Землей составе трех экзопланет Trappist-1, находящихся в непосредственной близости от своей звезды, то можно сделать ряд выводов. Первый — из-за магнитной индукции эти планеты нагреваются снаружи, то есть основному воздействию звезды подвергается кора планет. В этом их отличие от Земли, которая нагревается изнутри.

Активнее всего, по всей видимости, нагревается третья планета системы, если вести счет от ближайшей к звезде планеты. Она получает 60% энергии магнитной индукции своей звезды. А этого хватит для того, чтобы превратить планету в раскаленный каменный шар. Насчет океана магмы можно сомневаться, поскольку для магнитного поля есть ограничение по глубине проникновения. Зато известно, что нагрев планеты приводит к активизации ее вулканической деятельности. Так что велика вероятность того, что на планетах Trappist-1, находящихся поблизости от звезды, высокая активность вулканов, которые буквально заливают лавой поверхность.

Но даже если на поверхности планет Trappist-1 и нет океанов жидкой лавы, то все равно, там должно быть достаточно жарко для того, чтобы говорить о полном отсутствии живых организмов на такой планете.

Как видим, предположений много, но, скорее всего, они верны, поскольку в качестве основы для исследования использовались результаты наблюдений орбитального телескопа «Хаббл». Еще одно предположение — влияние возможного магнитного поля самой планеты на индукцию. Некоторые исследователи считают, что у планет системы Trappist-1 есть магнитное поле (это вполне возможно, если у них жидкое ядро). В таком случае локальное поле планеты может влиять на интенсивность индукции.

О существовании системы стало известно еще в мае 2016 года благодаря объединенной команде астрономов из Бельгии и США. Открытие было сделано с использованием роботизированного 0,6-метрового телескопа TRAPPIST (TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope), расположенного в обсерватории ESO Ла-Силья в Чили. Три из семи планет были открыты транзитным методом, то есть их обнаружили при прохождении планет по диску звезды. По глубине затмения можно определить размер планеты, которая проходит по диску, что и было сделано.

После того, как стало ясно, что в системе есть экзопланеты, астрономы, открывшие их, получили разрешение на использование дополнительного времени для работы с телескопом NASA Spitzer. В итоге оказалось, что затемнений диска звезды, больше, чем это могло бы быть при условии существования всего трех планет в этой системе. Так были открыты и четыре дополнительные экзопланеты. Вся семерка получила обозначения TRAPPIST 1 b, c, d, e, f, g, и h. Изначально считалось, что есть несколько потенциально пригодных для жизни планет, те, которые находятся не слишком далеко, но и не слишком близко от своей звезды.

Спустя некоторое время после открытия Trappist-1 некоторые специалисты стали утверждать, что жизни на планетах системы не может быть даже в обитаемой зоне. Дело в том, что сама звезда — это красный карлик. Этот класс звезд характеризуется частыми вспышками. Они не такие мощные, как на Солнце, но, поскольку планеты находятся ближе к звезде, вспышки могут даже сдувать атмосферу с планет. На таких планетах даже относительно скромные вспышки могут оказывать сильное влияние на планетарные условия.

Поэтому даже живучие микроорганизмы вряд ли могут выдержать условия такой звезды. Кроме излучения, есть и другие факторы, влияющие на планеты, вращающиеся вокруг своего светила.

Недавно ученые выяснили, что влияет на планеты и магнитное поле звезды, которое играет своеобразную роль «микроволновки». Если все действительно так, как предполагают европейские астрономы, то никакой жизни в этой системе нет и быть не может. Более того, у планет в зоне обитаемости не может быть более-менее плотной атмосферы, равно, как и воды в жидком виде на поверхности планет или вне ее. Правда, возникает вопрос о том, что представляют тогда собой дальние планеты.

Nature Astronomy, 2017. DOI: 10.1038/s41550-017-0284-0

Изучение миров TRAPPIST-1

Наверх

Американский университет

Исследования

Ребекка Басу |

Система ТРАППИСТ-1. Кредит НАСА.

В 2016 году бельгийские ученые впервые обнаружили TRAPPIST-1, планетную систему, состоящую из звезды, вокруг которой вращаются семь скалистых экзопланет размером с Землю (планеты за пределами нашей Солнечной системы). TRAPPIST-1 находится в 40 световых годах от нашей Солнечной системы и является наиболее изученной планетной системой, кроме нашей собственной. Теперь начинается гонка за раскрытием тайн экзопланет TRAPPIST-1. Содержат ли они воду? У них есть атмосфера? Есть ли там возможность жизни?

Томас Фауше из AU

, доцент кафедры физики и ученый-космонавт Центра космических полетов имени Годдарда НАСА, является частью международного сотрудничества ученых, которые работают над сложными компьютерными моделями, чтобы помочь ответить на эти вопросы. Мы попросили Фошеза объяснить его новаторскую работу и важность TRAPPIST-1, поскольку ученые ищут признаки жизни и узнают больше о нашей собственной Солнечной системе и о том, как наши планеты сравниваются с ее экзопланетами.

В: Ключом к вашим исследованиям является использование моделей науки о Земле и климата для изучения окружающей среды TRAPPIST-1. Как эти модели применимы для изучения TRAPPIST-1?

Мы используем сравнения нескольких моделей, чтобы улучшить прогнозирование и интерпретацию наблюдений экзопланет с помощью телескопов. Глобальные климатические модели используются многими учеными-климатологами во всем мире для прогнозирования прошлого, настоящего и будущего климата Земли. Они чрезвычайно сложны, потому что пытаются смоделировать и соединить воедино все известные поверхностные и атмосферные явления Земли. Например, они используются для прогнозирования текущих и будущих изменений климата. Сначала они были разработаны для понимания Земли, но экзопланеты, особенно скалистые, похожие на Землю, вращающиеся вокруг звезды TRAPPIST-1, также могут извлечь выгоду из использования таких моделей. Мы используем модели науки о Земле и климата, чтобы делать прогнозы о том, как может выглядеть потенциальный климат экзопланет при определенном составе атмосферы. Именно так мы, климатологи экзопланет, изучаем обитаемость экзопланет.

Все семь планет, обнаруженных на орбите вокруг красного карлика TRAPPIST-1, могут легко поместиться внутри орбиты Меркурия, самой внутренней планеты нашей Солнечной системы. Кредит: НАСА.

В: Вы уделяете особое внимание экзопланете TRAPPIST-1e. Можете ли вы объяснить значение этой экзопланеты?  

A: Экзопланета TRAPPIST-1e — четвертая из семи экзопланет, вращающихся вокруг крошечного красного карлика в звездной системе TRAPPIST-1. Важно отметить, что орбита планеты находится в пределах обитаемой зоны TRAPPIST-1, и поэтому может иметь умеренный климат, подходящий для существования жидкой воды на ее поверхности.

В: Несмотря на то, что космический телескоп Джеймса Уэбба вызвал большой ажиотаж из-за удивительных изображений космоса, его миссия включает в себя то, что он сможет рассказать нам о мирах за пределами нашего собственного. Можете ли вы рассказать о том, как космический телескоп Джеймса Уэбба будет использоваться для получения информации о TRAPPIST-1? Как это пересекается с вашими моделями?

Нам еще предстоит обнаружить атмосферу ни на одной из экзопланет TRAPPIST-1. Мы ожидаем, что космический телескоп Джеймса Уэбба сделает такое открытие. J.W.S.T. и другие, такие как Европейский Чрезвычайно Большой Телескоп, Тридцатиметровый Телескоп или Гигантский Магелланов Телескоп, возможно, скоро смогут охарактеризовать с помощью спектроскопии пропускания, излучения или отражения атмосферы скалистых экзопланет, вращающихся вокруг близлежащих красных карликов. Как показывает наша работа, моделирование идет рука об руку с наблюдениями в телескопы. Моделирование атмосфер экзопланет является важным шагом перед телескопическими наблюдениями.

Экзопланета TRAPPIST-1e с современной земной атмосферой, смоделированная четырьмя глобальными климатическими моделями. Авторы и права: Джей Фридлендер и Бритт Грисволд, Центр космических полетов имени Годдарда НАСА

В: Ваша команда опубликовала три новых научных статьи s в Planetary Science Journal . Каковы были выводы?

В целом, цель нашего проекта — усовершенствовать наши модели, настроить их по мере необходимости и убедиться, что они примерно совпадают, прежде чем использовать их для интерпретации данных телескопических наблюдений. Наши новые результаты касаются экзопланеты TRAPPIST-1e.

Мы впервые показали, как использование конкретной модели глобального климата может повлиять на интерпретацию данных и планирование кампаний телескопических наблюдений. Короче говоря, команда обнаружила, что четыре модели климата экзопланет, которые мы сравнивали, предсказывали схожий климат, но с некоторыми заметными различиями, в основном связанными с расхождениями в количестве и высоте облаков. Мы смоделировали спектроскопию пропускания, как ее видит J.W.S.T., то есть то, как телескоп наблюдает свет от звезды, пересекающей атмосферу экзопланеты, и количество прохождений, которое телескоп должен наблюдать, чтобы обнаружить атмосферный сигнал. Этот свет изменяется за счет присутствия газа в атмосфере экзопланеты, который создает спектр пропускания.

При сравнении наших моделей мы обнаружили, что различия в отношении облаков и водяного пара приводят к большой погрешности в 50 процентов в прогнозируемом времени наблюдения, которое потребуется для обнаружения такой атмосферы с помощью телескопа. Такая неопределенность оценивается впервые. Эти данные могут помочь ученым определить необходимое количество проходов, которое должен совершить телескоп.

Кроме того, команда считает, что наше международное сотрудничество не только проложит путь к надежному моделированию потенциально пригодных для жизни далеких миров, но и объединит наши усилия по поиску жизни за пределами Земли с исследованиями нашего собственного изменяющегося климата.

Посетите космическую науку и технологии в AU, чтобы узнать больше о космической науке в AU.

4400 Massachusetts Avenue, NW
Washington, DC 20016
  • (202) 885-1000
  • Свяжитесь с нами
  • Посетите Австралию
  • Работа в AU

Copyright © 2022 Американский университет.

  • Готовность к чрезвычайным ситуациям
  • Политики
  • Конфиденциальность
  • Раскрытие информации
  • ЕЕО

Домашняя страница

Планеты TRAPPIST-1 могут быть гораздо более пригодными для жизни, чем мы думали

Технологии и наука
Пространство
ТРАППИСТ-1
Внеземная жизнь
Солнечная вспышка

Экзопланеты, вращающиеся вокруг нашей соседней звезды TRAPPIST-1, могут иметь больше шансов на существование жизни, чем мы думали ранее.

Согласно предварительному отчету, который будет опубликован в журнале Астрономия и астрофизика , TRAPPIST-1 излучает солнечные вспышки, которые могут обеспечить планеты достаточным количеством энергии для развития жизни.

TRAPPIST-1 — красный карлик, расположенный на расстоянии около 40,7 световых лет от нашей Солнечной системы. Четыре из семи его планет расположены в зоне Златовласки, которая представляет собой полосу пространства вокруг звезды, где температура позволяет существовать жидкой воде на поверхности. Его относительная близость к Земле (наша галактика Млечный Путь имеет диаметр около 100 000 световых лет, для справки) и множество планет Златовласки сделали TRAPPIST-1 центром поиска жизни на других планетах.

На этой иллюстрации изображен красный карлик TRAPPIST-1 и одна из его семи планет. Новый препринт предполагает, что солнечная вспышка TRAPPIST-1 могла подготовить эти планеты для жизни.
iStock / Getty Images Plus

«Холодные красные карлики, такие как TRAPPIST-1, являются наиболее распространенным типом звезд (75 процентов звезд Млечного Пути), поэтому, если мы ищем жизнь на экзопланетах вокруг других звезд, эти типы звезд представляют большой интерес. Фактически, наша ближайшая звезда Проксима Центавра также является красным карликом, а также имеет планету Проксима Центавра b в традиционной обитаемой зоне — то есть в жидкой воде», — сказала Лаура МакКеммиш, квантовый химик и молекулярный физик из Университета Нового Южного Уэльса. Newsweek .

«Но звезды красного карлика гораздо более изменчивы, чем более горячие звезды, такие как наше Солнце, и испытывают гораздо более высокую скорость звездных вспышек», — сказала она. «Эти звездные вспышки и связанные с ними выбросы корональной массы испускают смертоносное излучение, поэтому пригодность планет вокруг красных карликов крайне неопределенна, поскольку ожидается, что эти частые и сильные звездные вспышки разрушат обитаемость планеты (например, нестабильный состав атмосферы, радиация, уничтожающая жизнь молекулы после прохождения через атмосферу и т. д.)».

По словам МакКеммиша, в научном сообществе ведутся споры о том, препятствует ли улучшенная звездная погода на красных карликах жизни на планетах вокруг этих звезд.

«Хотя высокоэнергетическое излучение вспышек представляет собой потенциальную угрозу для атмосфер экзопланет и может привести к стерилизации поверхности, оно также может обеспечить дополнительную энергию для маломассивных звезд, необходимую для запуска и поддержания пребиотической химии», — пишут авторы в аннотации. препринтного отчета.

Температура вспышки ниже ожидаемой для TRAPPIST-1 https://t. co/HiebMg2B9K #astrobiology #exoplanet #extrasolar #spaceweather pic.twitter.com/8yz6lwvB81

— Космическая погода (@spaceweather) 24 октября 2022 г.

Их анализ излучения черного тела звезды обнаружил более низкие, чем ожидалось, температуры вспышки, что могло повлиять на испускаемое излучение и, таким образом, потенциально увеличить обитаемость экзопланет вокруг звезды.

Тем не менее, в качестве препринта документ еще не прошел официальную рецензирование экспертами в этой области.

«Документ, конечно, включает в себя много (много!) размахивания руками. Здесь многое связано, гораздо больше, чем «позиция Златовласки», которая допускает существование жидкой воды на планете — магнитосфера, тектоника плит , звезда 3-5-го поколения, может быть, даже луна, чтобы иметь приливы, отсутствие приливной блокировки самой планеты и так далее», — сказал Питер Вишер, профессор морских наук и один из соучредителей Института астробиологии НАСА. Newsweek .

«Жизнь, какой мы ее знаем, требует воды, на самом базовом уровне выработка энергии, без которой жизнь невозможна, основана на водной биохимии. должен адаптироваться к его присутствию», — сказал он.

Это открытие может стимулировать повышенное внимание к красным карликам с точки зрения поиска внеземной жизни в любой форме.

«Поиск биосигнатур на экзопланетах в пределах традиционной обитаемой зоны их звезды — это отправная точка (и, вероятно, самый простой способ) начать поиск внеземной жизни, но это не единственный путь», — сказал МакКеммиш.

«Более полный подход (труднее объяснить) состоит в том, чтобы просто выяснить все, что можно, об атмосферах экзопланет (молекулярный состав, температура и т. д.), а затем попытаться создать модели для объяснения наблюдений с учетом геологии, физики и химия (например, вулканы, метеориты, фотохимия и т. д.). Если это невозможно объяснить, то вы можете начать рассматривать биологию. (Биология в астрохимии часто считается гипотезой последней инстанции)».

Даже если мы обнаружим признаки жизни на далекой планете, будет много разногласий по поводу того, были ли они вызваны живыми клетками, по словам МакКеммиша.