На TRAPPIST-1 b и c нет атмосферы: Уэбб зафиксировал 400-градусный перепад

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» получил первые полноценные климатические карты каменистых экзопланет за пределами Солнечной системы. Выяснилось, что две ближайшие к звезде планеты системы TRAPPIST-1 демонстрируют разницу температур более 400 градусов Цельсия между постоянно освещённой и постоянно тёмной стороной. Такой перепад физически возможен только на мирах без атмосферы, способной перераспределять тепло. TRAPPIST-1 b и TRAPPIST-1 c подтверждены как голые каменистые тела — без воздуха, без условий для известной нам жизни.

Система TRAPPIST-1 почти десятилетие занимала центральное место в поисках внеземной жизни. Красный карлик в 39 световых годах от Земли, в созвездии Водолея, окружённый семью планетами размером с Землю — три из них находятся в зоне обитаемости, где температуры теоретически позволяют жидкой воде существовать на поверхности. Красные карлики составляют более трёх четвертей всех звёзд Млечного Пути; то, что планеты земного размера особенно часто встречаются вокруг них, превратило вопрос о жизни в подобных системах в один из ключевых в экзопланетологии. Новые данные закрывают этот вопрос для двух внутренних планет системы.

Механизм, объясняющий потерю атмосферы, — приливная блокировка. Поскольку TRAPPIST-1 значительно меньше и холоднее Солнца, её внутренние планеты обращаются на очень малом расстоянии от звезды и совершают полный оборот менее чем за два земных дня. На таком расстоянии приливные силы синхронизировали вращение планет с периодом обращения — точно так же, как Луна всегда обращена к Земле одной стороной. В результате одна сторона находится в вечном дне, другая — в вечной ночи. На планете с плотной атмосферой ветры переносили бы тепло с освещённой стороны на тёмную, сглаживая температурный контраст. Перепад в 400 градусов, зафиксированный Уэббом, свидетельствует о том, что этого переноса не происходит: перемещать тепло нечему, потому что воздуха нет.

Первая полная тепловая карта каменистых экзопланет

Группа под руководством астронома Эмелин Болмон из Женевского университета использовала инструмент MIRI телескопа для записи так называемых тепловых фазовых кривых обеих планет. Метод предполагает наблюдение за инфракрасным излучением звёздной системы на протяжении нескольких полных орбитальных циклов — это позволяет восстановить температурный профиль планеты в каждой точке её орбиты. По данным исследования, дневная сторона TRAPPIST-1 b превышает 200 градусов Цельсия, тогда как ночная опускается ниже минус 200. TRAPPIST-1 c в целом холоднее, однако демонстрирует столь же резкий контраст. По словам учёных, это первый случай в истории астрономии, когда удалось получить полную тепловую карту каменистых экзопланет земного размера.

Вместе с тем стоит избегать слишком широких выводов. TRAPPIST-1 b и c — планеты, наиболее подверженные звёздному излучению и потому наиболее уязвимые к потере атмосферы. Собственные теоретические модели команды Болмон указывают: внешние планеты системы могли сохранить атмосферы, несмотря на судьбу двух внутренних. Аналогия, которую приводят исследователи, говорит сама за себя: Меркурий — ближайший к Солнцу — лишён атмосферы, тогда как Венера и Земля, находящиеся дальше, её сохранили. Судьба TRAPPIST-1 b и c не предрешает судьбы TRAPPIST-1 e, f или g — трёх планет в зоне обитаемости. Тепловые фазовые кривые также дают лишь косвенные свидетельства: они подтверждают отсутствие плотной атмосферы, но не исключают существования очень тонкой газовой оболочки ниже порога обнаружения.

Результаты опубликованы в журнале Nature Astronomy. Наблюдения за TRAPPIST-1 e — планетой в центре зоны обитаемости — ведутся в рамках программы DREAMS Института науки космического телескопа. Запланированы ещё пятнадцать транзитных наблюдений. Если на этой планете есть атмосфера, у Уэбба есть инструменты, чтобы это обнаружить в ближайшие месяцы.