Новый метод упрощает поиск планет с условиями земного типа
Чтобы понять, «чем дышит» возможная жизнь на далёкой планете, нужны лишь сравнительно точные данные по её диаметру и массе.
Астрономы под руководством Дэвида Киппинга (David Kipping) из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (США) представили новую теоретическую модель для анализа жизнепригодности «суперземель» — планет, превосходящих Землю по массе в 2–10 раз.
Ключевой вопрос тут — атмосфера планет. Некоторые исследователи считают, что многие из «суперземель» имеют атмосферу, богатую водородом, и, по сути, являются малыми газовыми гигантами. Давление на дне атмосферного океана избыточно для нормальной жизни, да и насыщение газовой оболочки кислородом в таком сценарии трудно себе представить. Но как достоверно узнать, азотистые или водородные атмосферы доминируют ли на «суперземлях»?
Как понять, являются ли «суперземли» мирами вроде нашего, только больше, или же они напоминают Нептун, только меньше? (Иллюстрация ESO.)
В основе новой модели лежит следующее соображение: толстая атмосфера из водорода легка по составу, в то время как тонкая атмосфера земного типа состоит из куда более тяжёлых газов. К примеру, в случае нашей планеты атмосфера даёт лишь 1,5% от радиуса Земли.
Итак, в модели Киппинга — Сасселова — Шпигеля планетная масса и радиус сопоставляются, после чего делается вывод о том, является ли мир твёрдым или же содержит значительное количество газа. Это лишь первый шаг; на втором этапе планета исследуется телескопами при прохождении через диск своей звезды.
Увы, при современном уровне развития техники мы не можем автоматически сказать, какая часть диска планеты приходится на атмосферу, а какая — на твёрдую часть. Но диаграмма «масс — радиусов», созданная командой г-на Киппинга, позволяет обойти эту проблему. В её нижней части находятся «суперземли» скалистого состава с железным ядром и без атмосферы. Верхнюю границу занимают планеты, целиком состоящие из воды: вероятно, неосуществимый вариант. Меньшая плотность невозможна для планет не крупнее Нептуна, да и тот имеет куда более высокую плотность за счёт скалистого ядра.
Таким образом, планеты, которые на этом графике будут выше чисто теоретических миров из чистой воды, автоматически окажутся с толстой водородной атмосферой. У них просто не будет другого способа обеспечить себе наблюдаемую низкую плотность.
Сходные модели уже разрабатывались. Однако г-н Киппинг первым учёл в них то, что в условиях «суперземель» часть их компонентов будет подвергаться огромному давлению; это изменит поведение таких веществ.
Что эта модель может сказать об уже открытых «суперземлях»? Так получилось, что одним из первых объектов её обсчёта стала удалённая от нас на 40 световых лет планета Глизе 1214 b, одновременно исследовавшаяся другими научными группами, которые надеялись понять, какова её атмосфера и не доминирует ли в ней водород, что по современным представлением исключает наличие на «суперземле» жизни земного типа. Мир этот в 6,5 раза тяжелее нашего и в 2,5 раза больше по диаметру. Долгое время все попытки исследовать атмосферу упирались в «стену»: на всех длинах волн 1214 b имела одинаковый видимый диаметр. По идее же, хоть в каком-то диапазоне атмосфера должна быть менее прозрачна, чем в другом. Оставались два варианта: либо газовая оболочка там очень тонка (что при такой массе странно), либо облака над ней непроницаемы.
«По нашей методике получается, что 20% от радиуса этой планеты — чистая атмосфера, а это свидетельствует в пользу очень лёгкой и протяжённой водородно-гелиевой атмосферы с покрывающими её облаками, — говорит Дэвид Киппинг. — Так мы смогли выяснить наиболее вероятный вариант, основываясь на простом измерении массы и радиуса планеты».
Заметим, что недавнее исследование японских астрономов, базирующееся на рэлеевском рассеивании, пришло к менее определённых выводам. Их работа показала лишь, что если в атмосфере Глизе 1214 b водород и доминирует, то он скрыт облаками. Получить более точную картину, не проводя тщательных исследований экзопланеты при помощи телескопов, — действительно выдающийся результат на этом фоне.
На графике Киппинга — Сасселова — Шпигеля синяя линия соответствует стопроцентно водному миру, голубой пунктир — 75% воды и 25% силикатов (скалистое ядро), коричневая — полностью железная планета, а коричневый пунктир — 75% железа и 25% силикатов. (Иллюстрация Kipping et al.)
Другим интригующим миром с неясностью «толстая атмосфера неземного типа или тонкая — земного» считается Кеплер-22b. В отличие от Глизе 1214 b, эта «суперземля» лежит в зоне обитаемости своей звезды, отстоящей от Солнца на 620 световых лет и также являющейся жёлтым карликом.
«Мы попробовали применить нашу технику к этому телу, но, к несчастью, измерение его массы отличается сильной неточностью, поскольку планета очень удалена, — сокрушается Дэвид Киппинг. — Она находится прямо на линии водных миров, так что нельзя понять, то ли она в основном состоит из воды и имеет очень тонкую газовую оболочку, то ли обладает плотным скалистым ядром и толстой водородной атмосферой».
Увы, неточное определение массы — пока часто встречающаяся история для планет, удалённых от Земли на сотни световых лет.
Словом, как видим, хотя новая модель весьма эффективна там, где есть исходные данные, пока не заработает «Спутник для исследования транзитов экзопланет» (Transiting Exoplanet Survey Satellite, TESS), что случится, предположительно, в 2017 году, надеяться на исчерпывающее определение характера атмосферы большинства известных «суперземель» в зоне обитаемости не приходится.
Космический телескоп «Джеймс Уэбб» будет запущен на год позже TESS. Вместе они должны поднять исследования других планетных систем на недосягаемый уровень. (Иллюстрация NASA.)
Но у такой техники есть и принципиальное ограничение. Абель Мендес (Abel Mendez) из Университета Пэрто-Рико замечает: «Толстая водородно-гелиевая атмосфера не исключает возможности существования жизни до тех пор, пока давление на воду на поверхности планеты делает возможным присутствие её жидкой фазы». В цифрах это значит, что при давлениях на поверхности ниже 10 000 атмосфер жизнь будет возможна даже в мирах с толстой атмосферой, которые по методу Киппинга относятся к менее перспективным.
Отчёт об исследовании вскоре появится в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.
Подготовлено по материалам Astrobiolgy Magazine.
Источник: compulenta.computerra.ru.
Рейтинг публикации:
|
