Ми виявили атмосферу. Не довкола газового гіганта, не довкола газоподібного «міні-Нептуна». Навколо скелястого світу в населеній зоні. Це важливо, тому що тепер ми можемо нарешті «понюхати» повітря на планетах, подібних до нашої.
LHS 1140 b – головний трофей. Він знаходиться в 48 світлових роках від Землі, це супер-Земля, що обертається навколо тьмяного червоного карлика. Планета знаходиться в тій самій «золотій середині», де може існувати рідка вода. Але на цьому її особливості не закінчуються. У планети збереглося небо. Це найпереконливіший доказ на сьогоднішній день. І метод, використаний для її виявлення, виявився напрочуд витонченим.
Чому виявлення атмосфер екзопланет було неможливим (досі)
Десятиліттями мрія про аналіз чужих небосхилів залишалася нереалізованою. Чому? Через розміри та відстань.
Атмосфери планет розміром із Землю мікроскопічно малі проти атмосферою Юпітера. На наш погляд вони невидимі. Більшість методів виявлення шукає великі помітні властивості, що не спрацьовує з тонким повітрям на невеликих скелястих планетах. Потрібен сигнал досить сильний, щоб пробитися крізь 48 світлових років порожнечі.
Тому дослідники спробували інший підхід. Замість шукати атмосферу безпосередньо, вони шукали її витік.
Планета втрачає газ. Гелій виривається з її гравітаційного поля, утворюючи подібний комет хвіст, що йде в космос. Якщо спостерігати за зіркою, коли планета проходить перед нею (транзит), можна отримати спектр пропускання. Світло проходить крізь газ. Зокрема, він взаємодіє із гелієм. Гелій поглинає світло на певних інфрачервоних довжинах хвиль. Падіння інтенсивності сигналу свідчить про присутність гелію. А якщо гелій випаровується, значить, там має бути атмосфера, яка виштовхує його назовні.
«Ми наближаємося до епохи, коли зможемо вивчати атмосфери світів, здатних зберігати життя».
Не магія. Це математика, підкріплена спостереженнями. Теоретична модель передбачила витік. Астрономи перевірили її практично. Телескоп “прислухався” і вловив крик в інфрачервоному діапазоні.
LHS 1140c проти LHS 1140b: Що говорить порівняння про виживання атмосфер
Щоб переконатися, що гелій походить саме від LHS 1140b, а не просто шумом або зірковою активністю, дослідникам потрібна була контрольна група. На щастя, їхня зіркова система надала її.
Друга планета тут називається LHS 1140c. Вона знаходиться значно ближча до зірки. Вона менша за розміром і отримує вп’ятеро більше радіації, ніж її сусідка. У неї менша гравітація, здатна утримувати газ.
Коли обидві планети здійснили транзит через диск зірки з інтервалом у 40 хвилин, дані прийшли ясними та чіткими:
- LHS 1140c не показала жодних ознак гелію. Зовсім. Ймовірно, її атмосфера випарувалася мільярди років тому.
- LHS 1140b продемонструвала однозначний, незаперечний гелієвий сигнал.
Це контрастне порівняння доводить працездатність методу. Він також малює картину виживання планет. Внутрішній світ загинув: його повністю позбавили атмосфери. Зовнішній світ? Він устояв. Він знаходиться далі, там прохолодніше та спокійніше. Червоні карлики – агресивні зірки, опромінюючи найближчі світи спалахами, здатними стерти небо з планети. Однак LHS 1140b витримала цей тиск більше 3 мільярдів років. Це змінює наше розуміння термінів. Деякі скелясті світи у червоних карликів не приречені.
Пошук життя вимагає не тільки наявності атмосфери
Чи жива планета? Ніхто не знає. І ворожити тут не варто.
Витік гелію підтверджує наявність газу у верхніх шарах атмосфери. Вона підтверджує існування кордону, де сонячний вітер протистоїть гравітації. Це необхідна умова. Але не єдине. Нам потрібен кисень, вуглекислий газ, метан, водяна пара. Біосигнатури. Для виявлення потрібні інші спектроскопічні відбитки. Поки що ми до цього не готові. Не з цим телескопом.
Але ми перейшли до Рубікона. Ми знаємо, як це робити. Метод доведено. Він спирається на точний час – очікування на транзити. Він спирається на спеціальні інструменти – спектрограф WINERED на обсерваторії Магеллан-Клей у Чилі. І він спирається на терпіння.
Астроном Робін Вортсворт сказав це найкраще: «Двадцять років тому ми навіть не були впевнені в існуванні скелястих планет. Потім вони почали з’являтись. Потім ми знайшли їх у населених зонах. А тепер бачимо, що вони зберігають свою атмосферу».
Це перший крок. Другий крок – характеризувати повний склад цієї атмосфери. Третій – придивлятися до сигналів, схожих на хлорофіл, у глибокому червоному діапазоні. Обсерваторія мирів (Habitable Worlds Observatory) не буде готова ще років десять, а то й двадцять. Нам, можливо, доведеться чекати. Але ми маємо дорожню карту.
LHS 1140b залишається холодним місцем, ймовірно, з температурою близько -47 ° C без парникового ефекту, який міг би її зігріти. Вона далеко. Вона мала. Але вона наполегливо зберігає те, що має. Таких планет у космосі багато. І тепер ми маємо ключі, щоб почати їх перевіряти.
