Мы обнаружили атмосферу. Не вокруг газового гиганта, не вокруг газообразного «мини-Нептуна». Вокруг скалистого мира в обитаемой зоне. Это важно, потому что теперь мы можем наконец «понюхать» воздух на планетах, подобных нашей.
LHS 1140 b — главный трофей. Он находится в 48 световых годах от Земли, это супер-Земля, вращающаяся вокруг тусклого красного карлика. Планета находится в той самой «золотой середине», где может существовать жидкая вода. Но на этом её особенности не заканчиваются. У планеты сохранилось небо. Это самое убедительное доказательство на сегодняшний день. И метод, использованный для её обнаружения, оказался удивительно изощренным.
Почему обнаружение атмосфер экзопланет было невозможным (до сих пор)
Десятилетиями мечта об анализе чужих небосводов оставалась нереализованной. Почему? Из-за размеров и расстояния.
Атмосферы планет размером с Землю микроскопически малы по сравнению с атмосферой Юпитера. С нашей точки зрения они невидимы. Большинство методов обнаружения ищет крупные, заметные свойства, что не срабатывает с тонким воздухом на небольших скалистых планетах. Нужен сигнал, достаточно сильный, чтобы пробиться сквозь 48 световых годов пустоты.
Поэтому исследователи попробовали другой подход. Вместо того чтобы искать атмосферу напрямую, они искали её утечку.
Планета теряет газ. Гелий вырывается из её гравитационного поля, образуя подобный комете хвост, уходящий в космос. Если наблюдать за звездой, когда планета проходит перед ней (транзит), можно получить спектр пропускания. Свет проходит сквозь истекающий газ. В частности, он взаимодействует с гелием. Гелий поглощает свет на определенных инфракрасных длинах волн. Падение интенсивности сигнала указывает на присутствие гелия. А если гелий улетучивается, значит, там должна быть атмосфера, которая выталкивает его наружу.
«Мы приближаемся к эпохе, когда сможем изучать атмосферы миров, способных хранить жизнь.»
Это не магия. Это математика, подкрепленная наблюдениями. Теоретическая модель предсказала утечку. Астрономы проверили её на практике. Телескоп «прислушивался» и уловил крик в инфракрасном диапазоне.
LHS 1140c против LHS 1140b: Что говорит сравнение о выживаемости атмосфер
Чтобы убедиться, что гелий исходит именно от LHS 1140b, а не является просто шумом или звездной активностью, исследователям нужна была контрольная группа. К счастью, их звездная система предоставила её.
Вторая планета здесь называется LHS 1140c. Она находится значительно ближе к звезде. Она меньше размером и получает в пять раз больше радиации, чем её соседка. У неё меньше гравитация, способная удерживать газ.
Когда обе планеты совершили транзит через диск звезды с интервалом в 40 минут, данные пришли ясными и четкими:
- LHS 1140c не показала никаких признаков гелия. Совсем. Вероятно, её атмосфера испарилась миллиарды лет назад.
- LHS 1140b продемонстрировала однозначный, неопровержимый гелиевый сигнал.
Это контрастное сравнение доказывает работоспособность метода. Оно также рисует картину выживания планет. Внутренний мир погиб: его лишили атмосферы полностью. Внешний мир? Он устоял. Он находится дальше, там прохладнее и спокойнее. Красные карлики — агрессивные звезды, облучая ближайшие миры вспышками, способными стереть небо с лица планеты. Однако LHS 1140b выдержала этот натиск более 3 миллиардов лет. Это меняет наше понимание сроков. Некоторые скалистые миры у красных карликов не обречены.
Поиск жизни требует не только наличия атмосферы
Жива ли планета? Никто не знает. И гадать здесь не стоит.
Утечка гелия подтверждает наличие газа в верхних слоях атмосферы. Она подтверждает существование границы, где солнечный ветер противостоит гравитации. Это необходимое условие. Но не единственное. Нам нужен кислород, углекислый газ, метан, водяной пар. Биосигнатуры. Для их обнаружения нужны другие спектроскопические отпечатки. Пока мы к этому не готовы. Не с этим телескопом.
Но мы перешли Рубикон. Мы знаем, как это делать. Метод доказан. Он опирается на точное время — ожидание транзитов. Он опирается на специальные инструменты — спектрограф WINERED на обсерватории Магеллан-Клэй в Чили. И он опирается на терпение.
Астроном Робин Вортсворт сказал это лучше всех: «Двадцать лет назад мы даже не были уверены в существовании скалистых планет. Потом они начали появляться. Затем мы нашли их в обитаемых зонах. А теперь мы видим, что они сохраняют свою атмосферу».
Это первый шаг. Второй шаг — характеризовать полный состав этой атмосферы. Третий — присматриваться к сигналам, похожим на хлорофилл, в глубоком красном диапазоне. Обсерватория обитаемых миров (Habitable Worlds Observatory) не будет готова еще лет десять, а то и двадцать. Нам, возможно, придется ждать. Но у нас есть дорожная карта.
LHS 1140b остается холодным местом, вероятно, с температурой около -47°C без парникового эффекта, который мог бы её согреть. Она далеко. Она мала. Но она упорно сохраняет то, что имеет. Таких планет в космосе много. И теперь у нас есть ключи, чтобы начать их проверять.
