Ученые, взяв за основу систему TRAPPIST-1, провели моделирование того, как атмосферы планет близкой к Земле по массе могут существовать рядом со звездами подобного типа. Результаты показали серьёзные трудности.
Для наличия на поверхности планеты жидкой воды необходима достаточно плотная атмосфера. Астрономы могут искать и изучать атмосферы, наблюдая за изменениями излучения звезды при прохождении экзопланеты перед ней. Однако для сбора достаточных данных нужны продолжительные наблюдения, а планет много. Система TRAPPIST-1 с семью каменистыми планетами, четыре из которых по массе сравнимы с Землей и находятся в «обитаемой» зоне, является одной из целей таких наблюдений.
Исследователи опубликовали предварительный отчет о новом исследовании. выложен на arXivУченые решили проверить наличие атмосферы на планетах, смоделировав условия системы. Чтобы результаты были применимы к другим потенциально обитаемым мирам, не стали строго следовать параметрам планет системы TRAPPIST-1. Ученые проигнорировали оценки плотности, рассчитав радиусы смоделированных планет по массе (0,8, 1 и 1,2 массы Земли), исходя из плотности нашей планеты (5,5 грамма на кубический сантиметр).
Учёные изучали, как атмосферы планет противостоят воздействию маломассивной звезды спектрального класса М, подобной той, что находится в центре TRAPPIST-1. Для этого использовали модель верхней атмосферы под названием Kompot Code, описывающую одномерную термохимическую структуру «поверхности» атмосферы на границе с космосом.
В модель заложено более 500 реакций 63 химических элементов. Учтены воздействия различных механизмов нагрева и охлаждения: рентгеновского и инфракрасного излучений, а также охлаждающего эффекта углекислого газа в верхних слоях атмосферы.
Сравнение смоделированных данных с характеристиками TRAPPIST-1 показало, что большая часть планет этой системы не могла сохранить атмосферу, какой бы она ни была. Под воздействием звезды верхние слои атмосферы должны были нагреться до такой степени, что молекулы начали уходить за пределы гравитационного поля планеты.
Вследствие возраста системы (по некоторым оценкам, около 7,6 миллиарда лет), даже атмосфера в сто раз массивнее земной уже рассеялась бы. По мнению авторов, аналогичная ситуация должна наблюдаться у всех планет подобных Земле, расположенных рядом со звездами спектрального класса М.
Моделирование подтвердило наблюдения. На планетных объектах системы не зарегистрировали признаки водородной атмосферы. По данным телескопа «Джеймс Уэбб», на планетах TRAPPIST-1b и TRAPPIST-1с нет плотных атмосфер. В другой работе утверждается, что в атмосфере TRAPPIST-1c не доминируют ни СO2, ни O2.
Авторы нового исследования утверждают, что на планетах системы TRAPPIST-1 не могло сохраниться атмосферное вещество. Однако плотность этих небесных тел говорит об обратном. Все планеты имеют меньшую плотность, чем Земля и Венера, хотя масса многих из них сравнима с массой нашей планеты. Трудно представить себе такое явление без наличия атмосферы, состоящей из легких элементов. Ждем новых наблюдений за этими объектами.