Учёные Института Макса Планка (Германия) при помощи космического телескопа «Хаббл» (Hubble) обнаружили, что атмосфера относительно небольшой планеты GJ 9827d в другой звёздной системе богата водяным паром. Но радоваться преждевременно: её поверхность достаточно горяча, чтобы расплавить свинец, а значит, этот мир непригоден для жизни в том виде, в котором мы её знаем.

Источник изображения: mpia.de

Температура на поверхности экзопланеты GJ 9827d сравнима с температурой на Венере — около 400 °C, но это всё равно захватывающее открытие. Дело в том, что это самая маленькая из открытых экзопланет, где была обнаружена вода. А значит, учёные ближе чем когда-либо подобрались к описанию миров, похожих на Землю. GJ 9827d примерно вдвое крупнее Земли, а вращается планета вокруг звезды GJ 9827, которая находится на расстоянии 97 световых лет от нас и наблюдается в созвездии Рыб. Эта планета — лишь один из похожих на Землю миров, вращающихся вокруг этой звезды, а её возраст составляет около 6 млрд лет.

«Хаббл» наблюдал GJ 9827d в течение трёх лет, и за это время планета прошла по диску своей звезды 11 раз. Её состав оценили при помощи спектрального анализа, но у учёных пока нет ясности, составляет ли водный пар небольшую долю в богатой водородом атмосфере, или её атмосфера, напротив, преимущественно состоит из воды. За 6 млрд лет поблизости от родительской звезды водород мог выпариться из атмосферы, оставив её с водяным паром — эта гипотеза подтверждается тем, что вблизи GJ 9827d обнаружить водород не удалось. В противном случае это мини-нептун, то есть уменьшенная и горячая версия расположенного в Солнечной системе ледяного гиганта с плотной атмосферой из водорода и гелия. Или планета может напоминать увеличенную и, опять же, горячую версию Европы — спутника Юпитера, который, как предполагается, под толстой ледяной коркой скрывает в два раза больше воды, чем Земля.

Если же GJ 9827d обладает плотной атмосферой из водяного пара, то значит, что планета родилась дальше от своей звезды, где температура ниже, но впоследствии мигрировала к своей текущей позиции. В результате GJ 9827d подверглась сильному излучению своей звезды, которое превратило её лёд в жидкую воду и в водяной пар. Водород при таких условиях нагрелся бы и начал утекать из атмосферы из-за относительно невысокой гравитации планеты — возможно, эта утечка происходит до сих пор. Теперь GJ 9827d станет предметом изучения для более мощного космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST).

Учёные из Университета Уорика (University of Warwick) в ходе анализа данных космического телескопа TESS обнаружили 85 новых кандидатов в экзопланеты с подходящими для жизни условиями. Это означает, что все новые объекты находятся в так называемой обитаемой зоне своей звезды, где климатические условия позволяют воде оставаться жидкой. Эти открытия ещё предстоит подтвердить и, быть может, когда-то это приведёт к открытию инопланетной жизни.

Космический телескоп TESS. Источник изображений: NASA

К настоящему времени открыто свыше 5500 экзопланет. Телескоп TESS внёс свою лепту в эти открытия, охотясь за экзопланетами методом регистрации транзита — прохождения планеты перед диском родной звезды. Кратковременное снижение яркости звезды с определённым периодом позволяет рассчитать массу объекта (экзопланеты), его орбиту, размеры и, следовательно, плотность. Все эти данные позволяют с достаточной точностью выяснить, что за планету мы открыли и насколько она близка по характеристикам к Земле.

Объекту присваивается статус открытой экзопланеты только тогда, когда её размеры и орбита подтверждены двумя различными методами регистрации. Все 85 новых кандидатов пока найдены в данных TESS по транзитам, и они требуют подтверждения. Более того, все новые объекты заслоняли свои звёзды всего по два раза, тогда как уже подтверждённые экзопланеты делали это чаще. И чем чаще это происходит, тем надёжнее данные, а также тем ближе экзопланета находится к звезде, что, в свою очередь, плохо для развития жизни — там слишком жарко и сильная радиация.

Из 85 кандидатов на экзопланеты в обитаемой зоне 25 уже были обнаружены другими командами учёных, что лишний раз подтверждает повторяемость открытий. Но 60 кандидатов названы впервые. Все они находятся в собственных звёздных системах. Предварительные данные говорят, что только что открытые экзопланеты вращаются вокруг своих звёзд с периодом от 20 до 700 суток. Правда, все они больше Земли — от превышения на треть до нескольких десятков раз. Но в этом вина несовершенства наших приборов, которые пока неспособны зарегистрировать по-настоящему землеподобные планеты.

Статистика по открытым экзопланетам

Все новые кандидаты будут дополнительно изучаться для подтверждения и для уточнения данных по ним. Но уже сейчас понятно, что во Вселенной неисчислимое множество планет, и инопланетная жизнь просто по законам больших чисел не должна быть уникальной. Когда-нибудь мы её найдём, а хорошо это будет или плохо — это отдельный вопрос.

Большинство открытых экзопланет имеют устоявшиеся отношения с родительской звездой. Обычно это близкие к звезде планеты, ободранные излучением светила до какого-то стабильного состояния. Увидеть процесс взаимодействия звезды и близкой к ней экзопланеты на ранних стадиях процесса — это большая удача, что позволило бы воочию изучить эволюцию отношений. И такая планета обнаружена — это WASP-69 b в 160 световых годах от Земли.

«Экзопланета с хвостом» в представлении художника. Источник изображения: Adam Makarenko/W. M. Keck Observatory

Планета WASP-69 b была открыта ещё в 2018 году. Тогда астрономы заметили признаки гелия на удалении от планеты на её орбите. Группа учёных из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) решила заново проверить данные и воспользовалась для этого более мощным телескопом Обсерватории Кека на Гавайях.

Данные измерений показали, что за планетой WASP-69 b действительно тянется газовый хвост не короче семи диаметров планеты или примерно на 560 тыс. км. Моделирование показало, что атмосфера экзопланеты истекает в космос со скоростью 200 тыс. т в секунду. Одну земную массу WASP-69 b теряет примерно за каждые миллиард лет. Это планета-гигант — так называемый горячий юпитер — и подобные потери ей нестрашны.

«Мы подозреваем, что для большинства известных экзопланет период потери атмосферы давно закончился, — сказал соавтор исследования Эрик Петигура из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. — Система WASP-69 b — это драгоценный камень, потому что у нас есть редкая возможность изучать потерю массы в атмосфере в режиме реального времени, что ведёт к пониманию важнейших физических процессов, которые формируют тысячи других планет».

Экзопланета WASP-69 b совершает один оборот по орбите всего за 3,9 суток. Она очень близко расположена к своей звезде, и излучение центрального светила буквально сдувает с неё вещество. Этот процесс настолько сильный, что планета выглядит как комета. Вблизи это было бы грандиозное зрелище.

Как ни странно, наличие кислорода и воды в сигнатурах атмосфер экзопланет недостаточно для вероятного обнаружения там технологически высокоразвитых цивилизаций, что убедительно обосновала группа европейских астрофизиков. Учёные показали, что существует узкий диапазон в концентрации кислорода в атмосфере, который может надёжно указать на степень вероятного технологического развития цивилизации.

Источник изображения: University of Rochester illustration / Michael Osadciw

Для возникновения биологической жизни на далёких мирах, включая многоклеточную и даже обладающую сознанием, высокой концентрации кислорода в их атмосферах не нужно. Более того, даже отсутствие кислорода не будет препятствием для появления жизни. Но для развития технологической цивилизации кислород имеет первостепенное значение. Точнее — имеет значение уровень его концентрации в атмосфере.

Кислород работает как окислитель в процессе сжигания топлива на открытом воздухе. Очевидно, его там должно быть достаточно для запуска и поддержания реакций с окислением (с огнём) и не слишком много, чтобы всё вокруг вдруг не загорелось. Учёные назвали необходимую для развития технологических цивилизаций концентрацию кислорода «кислородным бутылочным горлышком». Содержание кислорода в атмосфере экзопланеты можно определить с достаточной точностью, что позволит затем вынести техногенную оценку изучаемому миру.

Исследователи заглянули вглубь земной цивилизации и утверждают, что технологии на нашей планете начали бурно развиваться при достижении концентрации кислорода в атмосфере 18 % и выше. Это также необходимо будет учитывать при анализе атмосфер экзопланет. И пусть на далёких мирах в изобилии будет кислород и вода, но если там низкий или слишком высокий уровень кислорода, то искать там разумную и технологически развитую жизнь просто не нужно. Это сэкономит ресурсы для поиска по-настоящему технологически развитой цивилизации, с которой мы потенциально сможем установить контакт. Кислород и его концентрация — вот главный маркер, следуя за которым нужно искать инопланетные цивилизации. Всё остальное вторично.

«Следовательно, нам нужно быть чрезвычайно осторожными в интерпретации возможных обнаружений. Наше исследование предполагает, что нам следует скептически относиться к потенциальным техносигнатурам планеты с недостаточным содержанием кислорода в атмосфере», — резюмируют учёные в статье в журнале Nature Astronomy.

Группа учёных из Массачусетского технологического института (MIT) и Бирмингемского университета (UB) опубликовала работу, в которой рассказала о беспроигрышном, на их взгляд, способе обнаружения биологической жизни и воды на планетах в других звёздных системах.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Мы изучаем инопланетные миры по разным причинам, но главным призом станет обнаружение надёжных доказательств появления жизни за пределами Земли. Первым шагом к этому стало обнаружение миров в так называемой обитаемой зоне звёзд. Данное условие позволяет воде оставаться в жидкой фазе, создавая условия для зарождения той жизни, которую мы знаем по Земле. Другими признаками наличия биологической жизни на экзопланетах являются те или иные химические элементы и соединения, которые сопровождают жизненные процессы, например, об этом может сигнализировать углерод и его соединения, а также фосфор и кислород.

Конечно, не всё так однозначно. Весь мир сегодня, к примеру, поднимается на борьбу с парниковыми газами и, непосредственно, с выбросами CO₂. В то же время в атмосфере Земли всего 0,04 % углекислого газа, а в атмосфере Марса 95 %. В атмосфере Венеры его ещё больше — 96,5 %, и её точно нельзя назвать дружественной к биологической жизни. Считается, что всё дело в больших массах воды на Земле. Океан поглощает около 80 % выделяемого биомассой CO₂. На этот маркер и рекомендуют обратить внимание астрономы.

Исследователи предлагают искать экзопланеты, у которых очень и очень маленький процент углекислого газа в атмосфере. Тогда на такой планете можно рассчитывать обнаружить большие водоёмы жидкой воды, что резко повышает шансы для развития биологической жизни. Но наличие воды, всё же, не означает обязательное присутствие жизни. Поэтому для её обнаружения следует искать также присутствие озона. Его легче обнаружить в спектре атмосфер экзопланет, чем кислород. Если на планете есть поглощающая углерод биомасса, то она с большой вероятностью будет вырабатывать кислород. Под воздействием света звезды кислород будет трансформироваться в озон и если биомассы много, озона тоже будет в избытке.

«Если мы увидим озон, довольно высока вероятность того, что он связан с потреблением жизнью углекислого газа, — говорят авторы в работе, опубликованной 28 декабря в журнале Nature Astronom. — И если это жизнь, то это великолепная жизнь. Это будет не просто несколько бактерий. Это будет биомасса планетарного масштаба, способная перерабатывать огромное количество углерода и взаимодействовать с ним».

На наше счастье, космическая обсерватория им. Джеймса Уэбба способна проводить такие исследования и открытия с её помощью признаков жизни в других системах могут не задержаться со своим появлением.

Единственная известная нам по Земле биологическая жизнь нуждается в воде. Поэтому среди более 5000 открытых экзопланет специалисты NASA отобрали 17 кандидатов в миры с подповерхностными океанами. Это экзопланеты, где сложившиеся условия допускают появление огромных объёмов воды в жидкой фазе. Это готовые колыбели для зарождения биологической жизни, искать которую будет новое поколение учёных.

Шлейф газа, бьющий из трещин на поверхности Энцелада. Источник изображения: NASA/JPL-Caltech

Отправной точкой для поиска миров с подповерхностными океанами стали ледяные луны Сатурна и Юпитера. Автоматические станции смогли изучить некоторые из них достаточно близко, чтобы заподозрить там наличие бездонных океанов под панцирем льда и даже обнаружить бьющие из расщелин ледяные и газовые гейзеры.

Кандидатов в подобные миры среди далёких экзопланет искали по сочетанию понятных свойств: они должны быть намного холоднее Земли и при этом обладать меньшей плотностью (если отталкиваться от размеров нашей планеты). Все они будут изучены дополнительно. Например, подсказку может дать геологическая активность таких планет. Внутреннее тепло, возникающее от распада радиоактивных элементов или в процессе гравитационного влияния звезды-хозяйки системы, будет порождать грандиозные гейзеры на поверхности экзопланет. Подлёдная среда будет подниматься в атмосферу, где её на просвет будут изучать наши спектрометры.

NASA готовит новые инструменты для изучения ближайших к нам экзопланет и для более широкого поиска ещё неоткрытых миров. Планеты с подповерхностными океанами представляются лучшими кандидатами для поиска признаков биологической жизни за пределами Солнечной системы. В конце концов, жизнь на Земле тоже зародилась в океане.

Не так давно в это тяжело было поверить, но мы смогли отыскать свыше 5,5 тыс. инопланетных миров у далёких звёзд и их число растёт каждый день. Более того, новейшие инструменты типа космической обсерватории «Джеймс Уэбб» в ряде случаев могут изучить атмосферы далёких планет, и многие из них, мягко говоря, удивительны! Например, изучение мира WASP-107b, удалённого от нас на 200 световых лет, показало наличие там облаков из песка и песчаных дождей.

Планета, из которой сыплется песок в представлении художника. Источник изображения: LUCA School of Arts/ Klaas Verpoest, Johan Van Looveren/Achrène Dyrek/Michiel Min/Leen Decin/European MIRI EXO GTO team/ESA/NASA

Экзопланета WASP-107b в системе WASP-107 в созвездии Девы была открыта роботизированной обсерваторией Wide Angle Search for Planets (WASP) в 2017 году. Это вторая планета в системе. Диаметр WASP-107b примерно равен диаметру Юпитера, а масса приближается к массе Нептуна. Фактически это газовый гигант с удивительно «пушистой» атмосферой, как отмечают авторы исследования. Это позволяет изучать атмосферу планеты на «просвет», когда она проходит по диску родной звезды, для чего хорошо подходят приборы «Уэбба».

Учёные воспользовались прибором MIRI (Mid-Infrared Instrument), установленным на «Уэббе», и узнали о планете WASP-107b много интересных деталей, которые помогут лучше понимать эволюцию и разнообразие экзопланет во Вселенной. Так, в атмосфере WASP-107b были обнаружены признаки водяного пара, диоксида серы, облака из «песка», но, что удивительно, не было найдено никаких признаков метана.

Необычная природа атмосферы экзопланеты позволяла фотонам от звезды-хозяйки проникать глубже, и это привело к массивному образованию диоксида серы в ней, что стало неожиданностью для данного типа миров. Но самым удивительным стало открытие облаков из силикатных частиц — основного компонента земного песка. Температура на WASP-107b около 500 °C. При таких температурах в облаках, образовавшихся из силикатных частиц, возникает дождь, который падает и испаряется на нижних уровнях, а затем поднимается обратно и вновь собирается в облака.

Транзит экзопланеты WASP-107b по диску звезды в представлении художника

Ещё одним сюрпризом стало отсутствие метана в атмосфере экзопланеты. Обычно это постоянный компонент в атмосферах газовых гигантов. Учёные считают, что атмосфера WASP-107b оказалась теплее, чем считалось ранее, что не дало метану скапливаться в ней. Так шаг за шагом учёные складывают картины разнообразия составов атмосфер на мирах в разных частях Вселенной, стремясь уловить закономерности и пути эволюции не только далёких планет, но и нашей Земли. Она ведь тоже часть этой головоломки. А большое, как сказал поэт, видится на расстоянии.

Группа учёных из США подтвердила, что всего в 22 световых годах от нас находится экзопланета, сильно напоминающая нашу Землю. Это самая близкая из экзопланет земного типа за всю историю наблюдений, что даёт возможность изучить разнообразие похожих на нашу Землю планет.

Источник изображения: NASA, ESA, L. Hustak/STScI

Планету LTT 1445 Ac открыл телескоп TESS в 2021 году. Она открыта методом транзита, как объект проходящий перед своей звездой и снижающий её яркость. Но на тот момент наблюдение за экзопланетой было затруднено, поскольку она вращалась вокруг карликовой звезды в тройной системе. Она как будто вышла из мира «Задачи трёх тел» Лю Цысиня. Две другие звезды в системе влияли на лучевую скорость и яркость третьей, вокруг которой вращалась заветная планета.

Для более точного определения параметров транзита исследователи подключили к наблюдению за LTT 1445 Ac космический телескоп «Хаббл». С его помощью удалось с высочайшей точностью определить характеристики события, а именно орбитальный период экзопланеты, как она проходит по диску звезды и её воздействие на лучевую скорость звезды-хозяина. Зная эту информацию учёные легко вычислили радиус и массу экзопланеты. Экзопланета LTT 1445 Ac оказалась примерно в 1,37 раз тяжелее Земли, а её радиус был всего в 1,07 раза больше радиуса нашей планеты.

Расчётная плотность экзопланеты LTT 1445 Ac оказалась равна 5,9 г/см³. Плотность Земли составляет 5,51 г/см³. Нетрудно понять, что состав и строение экзопланеты очень близки к земным. Что огорчает, известной нам по Земле биологической жизни там нет. Орбитальный период вращения мира LTT 1445 Ac всего 3,12 суток. Даже с учётом того, что родная звезда этой планеты — это тусклый красный карлик намного слабее нашего Солнца, температура на поверхности LTT 1445 Ac достигает 260 °C. Теоретически знакомая нам жизнь может там находиться в сумеречной зоне на границе света и тени, если этот мир не вращается вокруг своей оси. При столь близком расположении к звезде это обычное явление.

Довольно близкое к нам расположение экзопланеты LTT 1445 Ac открывает горизонт возможностей по изучению планет земного размера. Её прохождение по диску звезды, например, позволит определить химический состав атмосферы с помощью анализа поглощения линий в спектре звезды. На такое способен телескоп «Джеймс Уэбб». Для таких исследований в будущем готовятся новые телескопы, которые будут целенаправленно изучать ближайшие к нам миры с величайшей дотошностью.

Космический телескоп «Кеплер» (Kepler) перестал собирать данные в 2018 году, но всё ещё остаётся источником открытий. На сегодня данные «Кеплера» содержат самый большой набор экзопланет и кандидатов в экзопланеты. Учёные NASA заново проанализировали архив данных этого телескопа и представили обновлённый каталог звёзд, систем и экзопланет, среди которых обнаружились ранее неизвестные планеты.

Система Кеплер-385 в представлении художника. Источник изображения: NASA/Daniel Rutter

В частности, открытием нового издания каталога стала звёздная система Kepler-385. Ещё в 2014 году орбитальный телескоп обнаружил в этой системе четыре экзопланеты. Анализ с использованием новых данных по звёздам, прежде всего, с учётом собранных европейским астрометрическим телескопом «Гайя», позволил выявить в системе Kepler-385 ещё три дополнительные экзопланеты.

Телескоп «Кеплер», напомним, определял наличие экзопланет по методу транзита — по изменениям яркости звезды и оценке времени провалов яркости, когда невидимая в обычных условиях планета проходит перед диском родной звезды. Точность таких измерений растёт вместе с ростом точности измерения параметров звёзд.

В системе Kepler-385, которая отдалена от нас на 4670 световых лет, оказалось семь подтвержденных наблюдением планет, что делает её редкостью. Сегодня подобных многопланетных систем открыто очень мало.

Одна из ценностей такого открытия в том, что мы можем напрямую определить эксцентриситет орбит экзопланет. Для одиночной планеты, которая нам напрямую не видна, это сделать практически невозможно. Но для планетной системы с несколькими транзитами (планетами) форма орбит определяется относительно просто. Так, измерение орбит экзопланет системы Kepler-385 показало, что у них у всех почти круговые орбиты. Это подтвердило предыдущие выводы, основанные на моделировании, что чем больше в системе планет, тем менее вытянутые у них орбиты.

Семь планет системы Кеплер-385: две чуть больше Земли, пять чуть меньше Нептуна

С точки зрения поиска внеземной жизни все семь планет системы Kepler-385 вряд ли пригодны для этого в нашем понимании. Все они находятся слишком близко к своей звезде и, очевидно, получают сильнейшую долю излучения в виде тепла, ультрафиолета и радиации.

Новая редакция обновлённого каталога экзопланет, найденных телескопом «Кеплер», представляет собой самое структурированное по данным издание, которое поможет совершить ещё не одно астрономическое открытие не выходя из кабинета. Современные астрономические приборы собирают настолько много данных, что научные сообщества не успевают их обрабатывать даже с привлечением суперкомпьютеров.

В атмосферах далёких миров и даже Земли присутствуют частички силикатов — минералов, в основе которых есть кварц. В чистом виде кристаллы кварца в атмосфере учёным не попадались, пока не был изучен мир экзопланеты WASP-17b на расстоянии 1300 световых лет от Земли. И только наблюдение с помощью инструментов космического телескопа «Джеймс Уэбб» позволило определить, что в облаках WASP-17b рождаются чистейшие кристаллы кварца.

Кварцевая дымка в раскалённой атмосфере на границе света и тьмы в представлении художника. Источник изображения: NASA

Экзопланета WASP-17b — это так называемый горячий экзоюпитер. Её размеры почти в два раза превышают размеры нашего Юпитера, хотя масса оказалась вполовину меньше газового гиганта из Солнечной системы. Тем самым экзопланета WASP-17b стала одной из самых «пухлых» среди обнаруженных учёными экзопланет такого рода. В этом есть большая удача. У экзопланеты достаточно большая атмосфера, чтобы её можно было изучать в мельчайших деталях. Более того, вокруг своей звезды «пухляш» обращается всего за 3,7 суток. Иначе говоря, атмосфера планеты с высокой периодичностью перекрывает свет домашней звезды, что даёт множество данных для оценки её состава.

Поглощение света звезды на определённых длинах волн несёт информацию о химическом составе и размере частиц в её атмосфере. Ранее телескоп «Хаббл» определил, что в атмосфере WASP-17b присутствуют частицы нанометрового размера. Изучение экзопланеты с помощью прибора MIRI «Уэбба» в среднем инфракрасном диапазоне помогло определить размеры этих наночастиц, которые оказались около 10 нм.

«Мы знали из наблюдений Хаббла [космического телескопа], что в атмосфере WASP-17b должны быть аэрозоли — крошечные частицы, составляющие облака или дымку, но мы не ожидали, что они будут состоять из кварца», — сказал в своем заявлении руководитель исследования Дэниел Грант (Daniel Grant) из Бристольского университета (Великобритания).

Блокирование света на длине волны 8,6 мкм говорит о частицах чистого кварца в атмосфере экзопланеты

Секрет появления кристаллов чистого кварца в атмосфере WASP-17b в том, что её атмосфера чрезвычайно разогрета близкой звездой — там около 1500 °C на ночной стороне (экзопланета всегда повернута к нам одной стороной). Высокая температура и давление, в тысячу раз большее, чем на поверхности Земли, заставляет образовываться кристаллы кварца сразу из газовой среды, минуя жидкую фазу. Наблюдения выявляют кварцевую дымку на границе света и тени. Кристаллы вновь испаряются, когда их переносит ветром на солнечную сторону и возникают при атмосферном движении на тёмную сторону экзопланеты.

Научные теории имеют устоявшиеся рамки, пределы которых подтверждают наблюдения. Но без сюрпризов не обходится, поэтому их так любят учёные. И Вселенная подкинула исследователям очередную загадку. У недалёкой от нас звезды обнаружилась планета земного размера, плотность которой почти равна плотности чистого железа. Так быть не должно и это заставляет учёных копать глубже.

Железная планета в представлении художника. Источник изображения: NASA

Экзопланета Gliese 367 b (или Tahay) обнаружена в наблюдениях космической обсерватории TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) в 2021 году. Она вращается со сверхкоротким периодом 7,7 ч вокруг карликовой звезды. Сигнал был очень слабым, что сразу заставило предположить, что экзопланета достаточно мала и относится к субземлям или супермеркуриям. Поскольку экзопланет со сверхкоротким периодом обращения обнаружено всего около 200 из более чем 5000 открытых экзопланет, планета Gliese 367 b сразу же была взята в научную разработку.

Наблюдения по горячим следам в 2021 году с помощью спектрометра High-Accuracy Radial Velocity Planet Searcher (HARPS) Европейской южной обсерватории в Чили позволили определить размеры, массу и плотность экзопланеты, данные о которых удивили учёных. Было установлено, что радиус планеты составляет 72 % от земного, а масса — 55 % от земной. Это означало, что Gliese 367 b, скорее всего, едва ли не полностью состоит из железа, что противоречило известной эволюции планетарных систем.

В 2022 году группа астрономов из Университета Турина провела обширные дополнительные наблюдения за экзопланетой Gliese 367 b с помощью того же спектрометра HARPS и по их результатам опубликовала в журнале The Astrophysical Journal Letters статью, в которой поделилась уточнёнными данными по этой необычной планете. Что забавно, на орбите Gliese 367 учёные открыли ещё две маломассивные экзопланеты: с периодом обращения 11,5 и 34 дня.

Уточнённые измерения показали, что экзопланета Gliese 367 b ещё более плотная, чем считалось ранее. Так, масса планеты составляет не 55 %, а 63 % от массы Земли, а её радиус не 72 % от Земного, а 70 %. Иными словами, она оказалась чуть меньше и чуть тяжелее, чем в случае первого наблюдения. В итоге плотность Gliese 367 b оказалась почти в два раза выше, чем у нашей планеты и она на 91 % состоит из железа.

Полученные данные дают три варианта формирования этого необычного по своим характеристикам небесного тела. Во-первых, что пока никогда не было подтверждено предыдущими наблюдениями, протопланетный диск на ближней к звезде стороне мог быть предельно богат железом, и планета сформировалась сразу такой, какой мы её наблюдаем. Во-вторых, планета могла сформироваться как обычно — с железным ядром и каменной мантией, но в результате столкновения с другой планетой могла полностью лишиться мантии, оставшись на орбите в виде голого железного ядра.

Третий вариант — это постепенное сближение со звездой газовой планеты-гиганта. В процессе тесного контакта со звездой её излучение могло смести атмосферу газового гиганта, оставив на орбите только металлическое ядро.

Все три сценария предполагают допущения с той или иной степенью вероятности, что определённо выходит за рамки теорий эволюции планет. Учёные намерены продолжить наблюдения и поискать во Вселенной что-то похожее на этот случай или обнаружить какое-то промежуточное состояние экзопланет, которое могло бы намекнуть на истинный механизм явления, последствия которого удивили их в системе Gliese 367.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» NASA получил новые данные о планете K2-18 b. Эта экзопланета-океан (гикеан) вращается вокруг красного карлика K2-18 и находится на расстоянии 111 световых лет от Земли в созвездии Льва. Новые данные свидетельствуют о том, что в атмосфере планеты содержится водород. Это вместе с другими признаками может указывать на то, что на ней могут существовать живые организмы.

Источник изображения: NASA / CSA / ESA / J. Olmsted (STScI)

В новом исследовании учёные из Кембриджского университета изучили полученные от «Джеймса Уэбба» данные, чтобы узнать больше о планете K2-18 b, которая в 8,6 раза больше Земли и делает оборот вокруг своей звезды всего за 33 дня. Речь идёт о данных, полученных в ходе наблюдения с помощью прибора формирования изображения в ближнем инфракрасном диапазоне бесщелевого спектрографа NIRISS (Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph) и спектрографа ближнего инфракрасного диапазона NIRSpec, которые помогли узнать больше о химическом составе атмосферы K2-18 b.

В ходе исследования было установлено, что атмосфера K2-18 b содержит неожиданно много углекислого газа, метана и диметилсульфида — углеродсодержащих молекул, источником появления которых на Земле являются живые организмы. Также отмечается недостаток аммиака, что может являться признаком наличия у планеты жидкого океана, в водах которого и растворяется аммиак из атмосферы.

«Результаты нашего исследования подчёркивают важность изучения разнообразных сред при поиске жизни в других местах. Традиционно поиск жизни на экзопланетах был сосредоточен на небольших скалистых планетах, но более крупные миры типа гикеан значительно более удобны для наблюдения за атмосферой», — рассказал один из авторов исследования Никку Мадхусудхан (Nikku Madhusudhan).

Исследователи впервые заметили признаки того, что на K2-18 b потенциально может быть жизнь в 2019 году, когда обрабатывали данные, полученные от космической обсерватории «Хаббл». Наличие водяного пара в атмосфере указывает на то, что на поверхности планеты есть жидкая вода — основной необходимый для развития жизни элемент по меркам Земли. Однако считается, что на K2-18 b оказывает значительно более сильное влияние излучение её звезды, которое является враждебным для жизни. В дальнейшем исследователи продолжат наблюдать за планетой K2-18 b с помощью инструментов, имеющихся в арсенале телескопа «Джеймс Уэбб».

Специалисты Европейского космического агентства завершили предварительную экспертизу проекта ARIEL (Atmospheric Remote‐sensing Infrared Exoplanet Large‐survey), который в будущем займётся изучением атмосфер экзопланет. В целом конструкция аппарата и полезной нагрузки космической обсерватории признаны как отвечающие задачам миссии и не имеющие изъянов. На очереди критический обзор дизайна проекта и начало изготовления платформы и приборов.

Источник изображения: ESA/STFC RAL Space/UCL/Europlanet-Science Office

На борту обсерватории ARIEL будут оптический и инфракрасный телескопы, спектрометры и ряд других приборов и сопутствующих систем. Проект был утверждён для разработки в 2018 году, чтобы уже десять лет спустя он мог начать работу. Теперь отправка обсерватории в космос ожидается не раньше 2029 года, если не будет новых переносов. Завершение предварительной экспертизы дизайна ARIEL даёт надежду, что в дальнейшем сроки будут соблюдены.

«Это действительно большой шаг для миссии, и мы очень довольны результатом, — сказала Тереза Люфтингер (Theresa Lueftinger), научный сотрудник проекта ARIEL в ЕКА. — Команда ЕКА, команда по полезной нагрузке консорциума ARIEL и компания Airbus приложили огромное количество труда и усилий для успешного достижения этой важной вехи, и сотрудничество прошло чрезвычайно успешно. Все элементы были собраны вместе и оценены, и теперь мы знаем, что миссия осуществима, и мы можем заниматься наукой».

Космическая обсерватория ARIEL будет изучать составы атмосфер 1000 экзопланет, а также звёзды-хозяйки систем, где находятся эти миры. Изучаться будет не только химический состав атмосфер (преимущественно горячих экзопланет и суперземель), но также структура и динамика облачных покровов как в течение местных суток, так и в течение года. Сбор данных об атмосферах 1000 экзопланет поможет понять эволюцию атмосфер и планет и, в конечном итоге, лучше разобраться в вопросах поведения атмосферы Земли, как и упрочить основу под программами поиска внеземной жизни.

На очереди критический обзор дизайна проекта ARIEL, станции и полезной нагрузки, после которого десятки европейских институтов и NASA начнут изготовление научных приборов для обсерватории и вспомогательного оборудования. Шасси для обсерватории изготовит компания Airbus вместе с партнёрами, а ракету, запуск и обслуживание обеспечит ЕКА.

В системе звезды AU Микроскопа (AU Microscopii) в 32 световых годах от Земли молодая звезда термоядерными вспышками сдувает атмосферу с ближайшей к себе планеты AU Mic b. Первое наблюдение «Хаббла» за экзопланетой полтора года назад не показало ничего необычного, тогда как свежий снимок AU Mic b обнаружил чудовищные водородные шлейфы за планетой и перед ней, что указало на внезапное лишение её значительной части атмосферы.

Экзопланета в системе AU Микроскопа в представлении художника. Источник изображения: NASA, ESA, and Joseph Olmsted (STScI)

Ранее учёные никогда не фиксировали настолько сильных отличий между наблюдениями одного и того же объекта (экзопланеты) с такой небольшой разницей во времени. Экзопланета должна была примерно одинаково «пылить» своей атмосферой тогда и сегодня.

«Мы никогда не видели, чтобы за такой короткий период времени при прохождении планеты перед своей звездой уход атмосферы переходил от совершенно неразличимого к явно обнаруживаемому, — сказала Кили Рокклифф (Keighley Rockcliffe) из Дартмутского колледжа в Ганновере, штат Нью-Гэмпшир. — Мы действительно ожидали чего-то очень предсказуемого, повторяющегося. Но это оказалось странным. Когда я впервые увидела это, я подумала: "Этого не может быть"».

Возраст звезды AU Mic составляет менее 100 млн лет. Это красный карлик, меньше и холоднее Солнца, но молодой возраст звезды сказывается на её характере. Он поистине взрывной! В её недрах происходят частые и активные термоядерные реакции, порождающие вспышки, кратно превосходящие по мощности вспышки на Солнце. Ситуацию усугубляет то, что экзопланета AU Mic b вращается очень близко к звезде — на удалении менее 10 млн км, что в десять раз ближе орбиты Меркурия.

Сочетание близости планеты к своей звезде с активностью самой звезды позволяет учёным наблюдать систему в экстремальном взаимодействии. На основе наблюдений можно изучить граничные условия параметров сохранения планетами атмосферы. В конечном итоге нам интересно и полезно знать, насколько велики шансы у экзопланет сохранить свою атмосферу, чтобы у неё появился шанс зародить биологическую жизнь.

«Это откровенно странное наблюдение является своего рода стресс-тестом для моделирования и физики планетарной эволюции. Это наблюдение очень интересно, потому что мы получаем возможность исследовать взаимодействие между звездой и планетой в самом экстремальном режиме», — сказала астроном.

Экзопланета AU Mic b представляет собой газовый мир размерами с Нептун или в четыре раза больше Земли. Если звезда продолжит сдувать с неё атмосферу с замеченной интенсивностью, то из газового гиганта она может превратиться в скалистое тело мало пригодное для зарождения жизни. Впрочем, её близость к звезде даже с учётом того, что это красный карлик, не оставляет шансов на появление там той жизни, которая нам известна. Но как пример для уточнения моделей эволюции планетарных атмосфер — это очень удачное открытие и оно готово пролить толику света на тайны Вселенной.

Вода является непременным условием зарождения жизни, которая нам известна. Но одной воды недостаточно. Она должна быть в жидком виде и, в идеале, плескаться между скал живописными озёрами, реками, морями и океанами. Признаки будущего сочетания всего перечисленного «Джеймс Уэбб» обнаружил в звёздной системе на удалении 370 световых лет от нас. Это первый раз, когда воду нашли в зоне формирования обитаемых планет земного типа.

Система PDS 70 в представлении художника. Источник изображения: MPIA

Открытие сделано в системе PDS 70, в зоне обитаемости которой уже обнаружены экзопланеты и даже две на одной орбите. Звезда-хозяйка системы относится к звёздам спектрального класса K. Она холоднее Солнца. Её возраст оценивается в 5,7 млн лет, и она сравнительно стара для наличия у неё протопланетного диска. Тем не менее, у звезды есть протопланетный диск, и он разделён на две части с зазором 8 млрд км, в котором расположились две экзопланеты-гиганты.

Следовательно, когда-нибудь в будущем в протопланетных дисках зародятся планеты, и те, которые ближе к звезде, окажутся в зоне её обитаемости. Иначе говоря, вода на них будет в жидком виде, и эти экзопланеты обещают оказаться земного типа из скальных пород, что подтвердило наблюдение «Уэбба».

Спектрометры этой космической обсерватории показали как наличие крупных гранул скалистой пыли во внутреннем протопланетном диске, так и водяного пара, что стало сюрпризом. Ещё никто не обнаруживал водяной пар в протопланетных дисках на такой близости к звезде на таких поздних сроках существования протопланетного диска. Согласно принятым моделям эволюции звёзд и систем, ультрафиолетовое излучение звезды к моменту наблюдения за ней должно было разрушить молекулы воды. Но по каким-то причинам этого не произошло. Тем самым в ближнем протопланетном диске звезды одновременно собираются в протопланеты пыль и камни, и одновременно на них будет скапливаться вода, что в итоге обещает привести к появлению скалистого мира потенциально пригодного для зарождения жизни.

Данные «Уэбба» по обнаружению в спектре воды почти идеально совпали с теоретически предсказанными. Источник изображения: NASA

Водяной пар обнаружен на удалении 160 млн км от звезды. Это немного дальше, чем Земля находится от Солнца (от нас до нашей звезды 149,6 млн км), но ещё достаточно, чтобы вода там была в жидком виде. Остаётся загадкой, как воде удалось туда попасть, или избежать разрушения ультрафиолетом. На этот счёт есть две гипотезы. Согласно одной, вода появилась в процессе реакции водорода с кислородом. По другому предположению, вода попала во внутренний протопланетный диск из внешнего холодного диска в виде льда и превратилась в нём в пар. Дальнейшие наблюдения помогут найти ответ на эту загадку. О своём открытии учёные сообщили в журнале Nature.