Впервые обнаружена каменистая экзопланета с атмосферой в обитаемой зоне

Астрономы совершили прорыв в поисках второй Земли: впервые найдена каменистая экзопланета, которая одновременно находится в обитаемой зоне своей звезды и имеет атмосферу. Объект GJ 1132 b расположен в системе красного карлика на расстоянии 39 световых лет от нас. Это открытие не только подтверждает возможность существования пригодных для жизни миров за пределами Солнечной системы, но и даёт учёным первую реальную цель для изучения атмосферы каменистой планеты умеренного пояса.

Открытие планеты с атмосферой в обитаемой зоне

Планета GJ 1132 b была открыта ещё в 2015 году транзитным методом с помощью телескопа MEarth-South в Чили. Однако только сейчас международная группа астрономов под руководством Линкольна Филлипса из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики смогла обнаружить у неё атмосферу. Для этого учёные использовали космический телескоп «Хаббл», который в течение нескольких месяцев наблюдал за планетой во время её прохождения по диску звезды. Анализ спектра поглощения звёздного света, проходящего через атмосферу планеты, показал наличие в ней водорода и гелия, а также, возможно, водяного пара.

GJ 1132 b имеет радиус примерно в 1,4 раза больше земного, а её масса составляет около 1,6 земной. Это делает её каменистой планетой, похожей по составу на Землю. Она вращается вокруг красного карлика спектрального класса M, который гораздо холоднее и тусклее Солнца. Полный оборот вокруг звезды планета совершает всего за 1,6 дня, поэтому она находится очень близко к своему светилу. Тем не менее из-за низкой светимости звезды GJ 1132 b получает от неё примерно в 1,9 раза больше энергии, чем Земля от Солнца, что помещает её в обитаемую зону — область, где возможно существование жидкой воды на поверхности.

Предыстория и контекст

Долгое время астрономы сомневались, могут ли красные карлики — самые распространённые звёзды в Галактике — иметь планеты с атмосферами. Из-за высокой активности этих звёзд, их мощных вспышек и интенсивного ультрафиолетового излучения считалось, что атмосферы близко расположенных планет могут быть просто сорваны. Однако открытие атмосферы у GJ 1132 b показывает, что даже такие суровые условия не обязательно уничтожают газовую оболочку. Это означает, что потенциально обитаемых планет может быть гораздо больше, чем предполагалось ранее.

До сих пор астрономы находили атмосферы только у газовых гигантов, таких как горячие юпитеры. Каменистые планеты, подобные Земле, оставались «невидимыми» для спектроскопии из-за их небольших размеров и слабого сигнала. GJ 1132 b стала первой, у которой удалось зафиксировать атмосферу. Это стало возможным благодаря тому, что планета очень близка к своей звезде, а сама звезда относительно неактивна для красного карлика. Успех открытия открывает эру изучения атмосфер каменистых экзопланет с помощью будущих телескопов, таких как «Джеймс Уэбб» (JWST).

Как астрономы обнаружили атмосферу?

Метод, использованный для обнаружения атмосферы, называется транзитной спектроскопией. Когда планета проходит перед своей звездой, часть звёздного света фильтруется через её атмосферу. Разные молекулы поглощают свет на определённых длинах волн, создавая характерный спектральный отпечаток. Сравнивая спектр звезды во время транзита и вне его, учёные могут определить химический состав атмосферы планеты. В случае GJ 1132 b «Хаббл» зафиксировал поглощение в ультрафиолетовом диапазоне, характерное для водорода и гелия. Кроме того, данные намекают на присутствие водяного пара, но для подтверждения необходимы наблюдения в инфракрасном диапазоне, которые сможет провести JWST.

Технические подробности и значение открытия

Атмосфера GJ 1132 b оказалась неожиданно плотной и протяжённой — она простирается на высоту до нескольких тысяч километров. Это говорит о том, что планета, вероятно, активно теряет свою газовую оболочку под воздействием звёздного излучения. По оценкам учёных, за время существования планеты (около 5 миллиардов лет) она могла потерять до 10% своей первоначальной атмосферы. Тем не менее её текущая масса всё ещё достаточна для поддержания давления у поверхности, которое может составлять около 0,1 атмосферы Земли. Если в атмосфере действительно есть водяной пар, то при таком давлении вода может существовать в жидком виде на поверхности планеты, хотя температура там, вероятно, составляет около 200 °C из-за близости к звезде.

Открытие имеет огромное значение для астробиологии. Впервые учёные получили возможность напрямую изучать атмосферу планеты, которая по размеру и составу похожа на Землю и находится в обитаемой зоне. Это позволяет проверить модели эволюции атмосфер каменистых планет и понять, какие условия необходимы для возникновения жизни. Кроме того, GJ 1132 b станет идеальной целью для JWST, который сможет детально изучить её атмосферу на наличие биомаркеров, таких как кислород и метан.

Кого затронет и как

Для астрономов и планетологов это открытие означает смену парадигмы: теперь каменистые планеты в обитаемых зонах становятся доступными для спектроскопических наблюдений. Это стимулирует разработку новых инструментов и методик. Для широкой публики открытие приближает момент, когда человечество сможет ответить на вопрос: одиноки ли мы во Вселенной? GJ 1132 b — не идеальный кандидат для жизни из-за высокой температуры, но она показывает, что такие планеты существуют и их можно изучать.

Для космических агентств это ещё один аргумент в пользу строительства более мощных телескопов. В России и странах СНГ это открытие может привлечь внимание к проектам по поиску экзопланет, таким как российский телескоп «Спектр-УФ» (World Space Observatory-Ultraviolet), который также сможет проводить спектроскопию атмосфер экзопланет в ультрафиолете.

Что будет дальше

Следующим шагом станут наблюдения GJ 1132 b с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб», который будет запущен в 2021 году. JWST сможет измерить содержание водяного пара, углекислого газа и других молекул в инфракрасном диапазоне. Если атмосфера окажется богата водяным паром, это будет сильным свидетельством наличия водного океана на поверхности. Кроме того, астрономы планируют искать другие каменистые планеты с атмосферами, используя данные телескопа TESS и наземных обсерваторий. В ближайшие годы ожидается открытие десятков подобных объектов, что позволит провести статистический анализ и понять, насколько распространены пригодные для жизни миры.

Итог

Открытие атмосферы у каменистой планеты в обитаемой зоне — это прорыв в поисках внеземной жизни. GJ 1132 b стала первой ласточкой, доказавшей, что такие миры существуют и доступны для изучения. Теперь учёные могут не только мечтать о второй Земле, но и разрабатывать конкретные планы по её обнаружению и анализу. Следующее десятилетие обещает стать эпохой открытий в астробиологии.