Интенсивные вспышки на звездах, в особенности у активных красных карликов, способны оказывать значительное влияние на климат и химический состав атмосферы экзопланет. Этот вывод был сделан астрономами после моделирования воздействия космической погоды на планеты, напоминающие TRAPPIST-1e, что подчеркивает важность учета этого фактора при оценке их пригодности для жизни и поиске биосигнатур.
Молодые и активные звезды, как и наше Солнце, периодически выбрасывают в космическое пространство сильные потоки энергии и частиц. Эти явления, известные как космическая погода, способны нагревать или даже разрушать атмосферы планет, вращающихся вокруг звезд, и изменять их химический состав. Ранее для изучения этих воздействий использовались упрощенные модели, основанные на одномерных расчетах.
Международная группа астрономов из Центра космических полетов NASA имени Годдарда и Флоридского технологического института (США) впервые использовала трехмерные модели, имитирующие циркуляцию атмосферы с учетом фотохимических реакций, чтобы продемонстрировать, как вспышки звезд могут оказывать воздействие на климат планет, потенциально пригодных для жизни. Описание научной работы размещен на сервере препринтов Корнеллского университета.
Ученые во главе с Говардом Ченом создали модель планеты, аналогичной TRAPPIST-1e — возможно пригодному для жизни миру в системе красного карлика TRAPPIST-1, находящейся на расстоянии 40 световых лет от Земли. Предполагается, что эта планета находится в состоянии приливной синхронизации, когда она всегда обращена одной стороной к своей звезде, подобно тому, как Луна обращена к Земле. Приливной захват был впервые зафиксирован у экзопланеты зафиксировали в 2024 году.
Модель дала возможность изучить, как последовательность вспышек и протонных штормов (Солнечные вспышки различной мощности оказали влияние на температуру, химический состав и циркуляцию атмосферы экзопланеты. Полученные данные свидетельствуют о том, что космическая погода вызывала значительные колебания температуры и химического состава атмосферы на различных высотах и в разных областях смоделированной планеты.
Самые интенсивные вспышки спровоцировали цепь климатических трансформаций: верхние слои атмосферы остывали из-за излучения молекул, например, оксида азота (NO) и углекислого газа (CO₂), в то время как в средней и нижней атмосфере наблюдалось потепление. Астрономы объясняют это увеличением концентраций водяного пара и закиси азота (N₂O) — парниковых газов с высокой эффективностью, способных повлиять на тепловой баланс планеты.
Модель зафиксировала усиление ветров и неравномерное распределение тепла между освещенной и темной сторонами планеты. Однако наибольшую обеспокоенность вызывает воздействие на озоновый слой: в ряде сценариев он практически полностью исчезал, что лишало атмосферу защиты от ультрафиолетового излучения звезды и, как следствие, затрудняло возможность существования жизни).
К тому же, вспышки на звездах способны изменять концентрацию газов, которые астрономы рассматривают как потенциальные биосигнатуры – индикаторы возможной жизни. В частности, они могут повышать содержание воды или азотистых соединений, а также скрывать признаки существования жизни. Это добавляет сложности в интерпретацию данных, получаемых с помощью современных телескопов, включая космическую обсерваторию «Джеймс Уэбб» и космический телескоп Habitable Worlds Observatory (HWO), запуск которого запланирован на 2040-е годы.
Анализ полученных данных указывает на необходимость рассмотрения не только расположения экзопланет в зоне потенциальной обитаемости, но и активности их звезды. Это утверждение особенно актуально для красных карликов, вокруг которых зафиксировано большое количество потенциально пригодных для жизни миров.