Астрономы впервые выяснили, из чего состоят землеподобные планеты

Плотности планет системы TRAPPIST-1 измерены с рекордной точностью. Это позволило учёным сделать выводы об их химическом составе и, в частности, о количестве воды.

Планетная система у красного карлика TRAPPIST-1, удалённого от Земли на 40 световых лет, была обнаружена в 2016 году. Дальнейшие исследования показали, что в ней по меньшей мере семь миров размерами похожих на Землю, из которых три лежат в зоне обитаемости. Мы не ошибёмся, если скажем, что сегодня к тусклой красной звезде приковано внимание астрономов всего мира.

В новом исследовании учёные, проанализировав данные нескольких инструментов, сумели с рекордной точностью измерить плотность этих планет.

Соавтор исследования Эрик Агол (Eric Agol) из Вашингтонского университета рассказывает: "Одна из целей исследований экзопланет – установить состав тех из них, которые напоминают Землю по размерам и температуре. После открытия системы TRAPPIST-1 технические возможности интрументов Европейской южной обсерватории в Чили и орбитального космического телескопа Spitzer позволили достичь этой цели. Мы впервые узнали, из чего состоят землеподобные экзопланеты!"

Чтобы вычислить плотность планеты, нужно знать её размер и массу. Оценить размер с неплохой точностью можно, пользуясь методом транзитов, то есть измерив, какую долю света звезды затмевает планета. Однако узнать массу гораздо сложнее, ведь она не связана однозначно с параметрами орбиты. На одной и той же траектории могут оказаться миры самой разной массы.

Симон Гримм (Simon Grimm) из Бернского университета в Швейцарии объясняет, как он и его коллеги установили массу планет: "Планеты системы TRAPPIST-1 расположены так близко друг к другу, что оказывают друг на друга сильное гравитационное воздействие, и поэтому моменты [начала – прим. ред.] их прохождений по диску материнской звезды – транзитов – несколько сдвигаются. Эти сдвиги зависят от масс планет, от расстояний между ними и от других орбитальных параметров. В нашей компьютерной модели мы изменяли параметры орбит планет до тех пор, пока вычисленные моменты транзитов не совпали с наблюдаемыми, а благодаря этому вычислили и массы планет".

Плотность планет может многое сказать об их химическом составе. Оказалось, что все семь исследованных миров в основном состоят из каменных пород, но имеют запасы лёгких, а потому летучих веществ (скорее всего, воды).

Миры TRAPPIST-1b и c, самые близкие к звезде, скорее всего, имеют гораздо более плотные атмосферы, чем Земля, и в этих газовых оболочках много водяного пара. А вот третья от светила планета TRAPPIST-1d – самая лёгкая. Её масса составляет всего около 30% земной. Вряд ли гравитация такой планеты сумеет удержать заметную атмосферу и гидросферу.

Четвёртый мир, TRAPPIST-1e – единственная из изученных планет системы, плотность которой выше, чем у Земли. Похоже, это означает, что и у неё нет или почти нет жидкой и газовой оболочки, так что вся масса планеты приходится на твёрдые породы. Также причиной такой большой плотности может быть огромное железное ядро. Впрочем, именно эта планета по размерам, плотности и количеству получаемого от своего светила тепла больше всего похожа на Землю.

Экзопланеты TRAPPIST-1f, g и h расположены слишком далеко от звезды и, по всей видимости, закованы в ледяную броню.

Как показало исследование, несколько миров системы настолько богаты водой, что она составляет до 5% массы планеты. Для сравнения: на Земле этот показатель ниже в 250 раз.

Напомним, что "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) ранее писали о том, как были изучены атмосферы планет системы TRAPPIST-1, как "Хаббл" обнаружил на них воду и как выяснилось, что магнитное поле звезды плавит эти планеты изнутри.