Используя данные космического телескопа «Джеймс Уэбб» о тепловом излучении экзопланеты TRAPPIST-1 b в инфракрасном диапазоне, исследовательская группа под руководством Эльзы Дюкро из Комиссариата по атомной энергии (CEA) в Париже вновь поставила под сомнение наличие или отсутствие атмосферы у этой каменистой планеты.
TRAPPIST-1 b – одна из семи каменистых планет, вращающихся вокруг звезды TRAPPIST-1, расположенной на расстоянии 40 световых лет от нас. Эта система уникальна тем, что позволяет астрономам изучать семь похожих на Землю планет с относительно близкого расстояния, причем три из них находятся в «обитаемой зоне».
Со временем было проведено несколько наблюдений за TRAPPIST-1 b, включая оценку ее температуры. Результаты позволили сделать вывод, что это темная каменистая планета без атмосферы, сформировавшаяся в результате космического излучения и метеоритного воздействия, длившегося миллиарды лет.
Однако более поздние измерения ставят под сомнение нынешнее понимание природы этого мира. На поверхности нет признаков эрозии, что может свидетельствовать о геологической активности, такой как вулканизм и тектоника плит. В качестве альтернативы возможна планета с туманной атмосферой, состоящей из углекислого газа.
TRAPPIST-1 b может быть геологически активной
Обычно поверхность каменистой планеты представляется выветренной под воздействием излучения центральной звезды и ударов метеоритов. Однако результаты, полученные «Джеймсом Уэббом» на TRAPPIST-1 b, свидетельствуют о том, что возраст породы на поверхности составляет не более 1 000 лет, что значительно меньше, чем возраст самой планеты, который оценивается в несколько миллиардов лет.
Это может свидетельствовать о том, что кора планеты претерпевает резкие изменения, которые можно объяснить экстремальным вулканизмом или тектоникой плит. Сценарий, который, хотя и остается пока гипотетическим, тем не менее правдоподобен.
Планета на самом деле достаточно велика, чтобы в ее недрах могло сохраниться остаточное тепло с момента образования, как в случае с Землей. Приливное воздействие центральной звезды и других планет может также деформировать TRAPPIST-1 b так, что в результате внутреннего трения выделяется тепло, подобное тому, что мы наблюдаем на спутнике Юпитера — Ио.
Возможно ли, что у нее есть атмосфера?
В прошлом году с помощью прибора MIRI удалось измерить температуру TRAPPIST-1 b по тепловому излучению планеты в виде инфракрасного света. Результаты показали, что температура дневной стороны планеты составляет около 230 °C, и исследователи пришли к выводу, что TRAPPIST-1 b может быть без атмосферы.
«Полученные данные также позволяют принять совершенно иное решение», — пояснил Томас Хеннинг, директор Института астрономии имени Макса Планка, один из разработчиков прибора MIRI для «Уэбба». Вопреки прежним представлениям, пояснил Хеннинг, существуют условия, при которых планета может иметь плотную атмосферу, богатую углекислым газом.
Как правило, нижние слои атмосферы на уровне земли теплее верхних из-за более высокого давления. Однако команда исследователей провела некоторые расчеты, которые показали, что по мере того, как дымка из углеводородных соединений поглощает звездный свет и нагревается, она нагревает верхние слои атмосферы, поддерживая парниковый эффект. В результате содержащийся там углекислый газ сам испускает инфракрасное излучение.
Нечто подобное мы наблюдаем на Титане, спутнике Сатурна: слой дымки там, скорее всего, образуется под воздействием солнечного ультрафиолетового (УФ) излучения из богатых углеродом газов в атмосфере. Аналогичный процесс может происходить и на TRAPPIST-1 b, поскольку ее звезда излучает значительное количество ультрафиолета.
Сомнения и уверенность
Даже если данные соответствуют этому сценарию, астрономы все равно считают его менее вероятным. С одной стороны, из атмосферы, богатой углекислым газом, сложнее, хотя и не невозможно, получить углеводородные соединения, образующие дымку. С другой стороны, остается проблема того, что активные красные карликовые звезды, включая TRAPPIST-1, производят излучение и ветры, которые могут легко разрушить атмосферы близлежащих планет за миллиарды лет.
TRAPPIST-1 b – хороший пример того, насколько сложно в настоящее время обнаружить и определить атмосферы каменистых планет, даже для «Джеймса Уэбба». Они тонкие по сравнению с газообразными планетами и дают лишь слабые измеримые сигнатуры. Два наблюдения за TRAPPIST-1 b, в ходе которых были получены значения яркости в двух диапазонах длин волн, продолжались почти 48 часов, что недостаточно для того, чтобы определить, есть ли у планеты атмосфера.
Исследовательская группа рассчитывает получить окончательное подтверждение с помощью одного из вариантов техники наблюдений, использованной для сбора этих данных (транзитной спектроскопии). Они намерены проанализировать, как распределяется тепло на планете, чтобы сделать вывод о наличии (или отсутствии) атмосферы, которая помогает переносить тепло с дневной стороны на ночную. Если температура резко меняется при переходе от одной стороны к другой, это свидетельствует об отсутствии атмосферы.
