TRAPPIST-1 b, одна з семи скелястих планет, які обертаються навколо зірки TRAPPIST-1, продовжує інтригувати астрономів. Ця планетна система, розташована всього за 40 світлових років від нас, є унікальною. Це рідкісна можливість вивчити сім планет, схожих на Землю, три з яких знаходяться в зоні проживання, де на поверхні може існувати рідка вода. Використовуючи космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST), дослідники тепер зібрали глибше розуміння TRAPPIST-1 b.
Спостереження за TRAPPIST-1 b
Команда під керівництвом Ельзи Дюкро з Commissariat aux Énergies Atomiques (CEA) у Франції проаналізувала вимірювання теплового інфрачервоного випромінювання, отримані камерою середнього інфрачервоного випромінювання JWST (MIRI). Дослідники, включаючи експертів з Інституту астрономії Макса Планка (MPIA), опублікували свої висновки в журналі Nature Astronomy. Результати ставлять під сумнів попередні висновки та викликають питання про атмосферу та поверхневу активність планети.
Геологічно активна поверхня?
Минулорічні дослідження описали TRAPPIST-1 b як темну кам’янисту планету без атмосфери. Однак останні вимірювання дають нові підказки.
«Ідея скелястої планети з сильно вивітреною поверхнею без атмосфери суперечить поточним вимірюванням», — сказав Джерун Боуман, астроном з MPIA. «Тому ми вважаємо, що планета покрита відносно незмінним матеріалом».
Поверхні скелястих планет зазвичай вивітрюються через зоряне випромінювання та удари метеоритів. Проте поверхня TRAPPIST-1 b виглядає надзвичайно молодою. Дослідники вважають, що породі на її поверхні може бути лише близько 1000 років – набагато менше, ніж оцінений вік планети в кілька мільярдів років.
Значна геологічна активність на TRAPPIST-1 b
Це відкриття вказує на драматичну геологічну активність. Кора планети може зазнавати постійних змін, викликаних екстремальним вулканізмом або тектонікою плит. Боумен зазначив, що TRAPPIST-1 b може зберігати внутрішнє тепло, подібно до Землі. Припливні сили від головної зірки та сусідніх планет можуть деформувати її поверхню, створюючи внутрішнє тертя та тепло – явище, яке спостерігалося на вулканічному супутнику Юпітера Іо. Крім того, може сприяти нагрівання від магнітного поля зірки.
Прихована атмосфера?
Чи може TRAPPIST-1 b все-таки мати атмосферу? Томас Хеннінг, почесний директор MPIA та співавтор інструменту MIRI, запропонував іншу можливість.
«Всупереч попереднім уявленням, існують умови, за яких планета може мати густу атмосферу, багату вуглекислим газом (CO2), — сказав Хеннінг. Вирішальним фактором може бути димка – вуглеводневий смог, який утворюється у верхніх шарах атмосфери.
У дослідженні брали участь дві програми спостереження, які вимірювали яскравість планети на 12,8 і 15 мікрометрів. Ці довжини хвиль чутливі до поглинання CO2. Оскільки затемнення не відбулося, дослідники спочатку дійшли висновку, що TRAPPIST-1 b не має атмосфери. Однак нові модельні розрахунки показують, що серпанок може змінити сценарій.
Ефект туману в планетарних атмосферах
Серпанок поглинає світло зірок і нагріває верхні шари атмосфери, потенційно змінюючи очікувану структуру температури. Замість більш теплого приземного шару, верхні шари атмосфери можуть нагріватися та випускати інфрачервоне випромінювання – парниковий ефект. Хеннінг порівнює це із супутником Сатурна Титаном, де ультрафіолетове випромінювання перетворює багаті вуглецем гази на туман.
Незважаючи на правдоподібність, дослідники відзначають ключові відмінності. Атмосфера Титана багата метаном, тоді як для TRAPPIST-1 b потрібен CO2. Крім того, червоні карликові зірки, такі як TRAPPIST-1, випромінюють інтенсивне випромінювання та зоряний вітер, які можуть знищувати планетарні атмосфери протягом мільярдів років.
Затемнення та окультації: інструменти для дослідження
Дослідження сприяло сприятливій орієнтації TRAPPIST-1. Із Землі її сім планет періодично проходять перед зіркою, приглушуючи її світло – явище, відоме як транзит. Ці події надають цінні дані про розмір планети, склад і атмосферу за допомогою методу, який називається транзитною спектроскопією.
Однак транзитна спектроскопія має обмеження для таких систем, як TRAPPIST-1. Холодні червоні карликові зірки часто демонструють зоряні плями та спалахи, які можуть заважати вимірюванням. Щоб вирішити цю проблему, дослідники спостерігали теплове інфрачервоне випромінювання TRAPPIST-1 b. Зосередившись на яскравому денному боці планети безпосередньо перед і після того, як вона зникне за зіркою, вчені зібрали детальну інформацію про її поверхню та атмосферу.
Цей метод, відомий як вимірювання вторинного затемнення, займає багато часу. Поточні спостереження тривали майже 48 годин, але їх недостатньо для підтвердження наявності атмосфери.
Тривалі запитання щодо TRAPPIST-1 b
NASA нещодавно схвалило амбітну програму «Rocky Worlds» — 500 годин спостережень JWST для вивчення кам’янистих планет навколо найближчих зірок. Дослідники сподіваються, що ця програма допоможе вирішити постійні питання щодо TRAPPIST-1 b.
Один із багатообіцяючих методів передбачає моніторинг всієї орбіти планети для створення фазової кривої, яка є картою розподілу її температури. Цей підхід виявляє, як тепло рухається по поверхні планети. Якщо тепло рівномірно розподіляється між денною та нічною сторонами, ймовірно, існує атмосфера. Якщо температура різко змінюється, це свідчить про недостатню теплоізоляцію атмосфери.
Дослідницька група вже почала це вимірювання фазової кривої для TRAPPIST-1 b. Аналізуючи зміни температури, вони прагнуть підтвердити, чи є на планеті атмосфера.
«Наявність або відсутність атмосфери суттєво вплине на наше розуміння TRAPPIST-1 b та подібних екзопланет», — зазначив Бауман.
Більш широкі наслідки дослідження
Дослідження підкреслює проблеми вивчення кам’янистих планет, навіть за допомогою передових інструментів, таких як JWST. Порівняно з газовими гігантами, кам’янисті планети мають тоншу атмосферу, яка створює слабкі сигнали. Незважаючи на перешкоди, TRAPPIST-1 b пропонує цінний практичний приклад.
Отримані дані також дають змогу зрозуміти екзопланети, які обертаються навколо червоних карликів – найпоширеніших зірок у галактиці. Розуміння їхньої атмосфери, геологічної активності та потенційної придатності для проживання сформує майбутні дослідження та розвідку.
Дослідження є результатом міжнародної співпраці. До цієї оригінальної роботи долучилися дослідники з MPIA, CEA та інституцій з усієї Європи. Сам прилад MIRI є продуктом зусиль держав-членів ЄКА та таких організацій, як Товариство Макса Планка.
TRAPPIST-1 b залишається загадкою. Це геологічно активний світ із молодою поверхнею? Чи може він приховати густу, багату CO 2 атмосферу, покриту серпанком?
Відповіді вимагатимуть подальших спостережень. Завдяки можливостям JWST і поточній програмі Rocky Worlds астрономи ближче, ніж будь-коли, до розгадки цих таємниць. Дослідження опубліковано в журналі Nature Astronomy.