Множество экзопланет, находящихся в теории в зоне обитаемости, могут быть непригодны для жизни из-за неожиданного фактора: переменного тока.
Присутствие атмосферы на некоторых экзопланетах не всегда указывает на ее пригодность для жизни. Близость планеты к звезде может привести к сильной ионизации верхних слоев атмосферы (ионосферы). На Земле солнечное воздействие на ионосферу вызывает лишь геомагнитную активность. Для экзопланеты TRAPPIST-1e, расположенной в 40,7 световых лет от нас, близкое соседство со звездой имеет более серьезные последствия, чем просто геомагнитные колебания.
TRAPPIST-1 — звезда, обращающаяся вокруг которой семь известных планет. Три из них (TRAPPIST-1e, f и g) находятся в зоне обитаемости и считаются потенциально пригодными для жизни. The Astrophysical JournalАстрофизики выражают сомнения в способности экзопланеты TRAPPIST-1e поддерживать жизнь.
Экстремально коротковолновое ультрафиолетовое излучение при достаточной силе разрушает атомы верхнего слоя атмосферы, превращая их в ионы. Ионизированный слой газовой оболочки становится проводником, в котором возбуждается ток. Позднее рассеивание токов ионосферы приводит к нагреву верхнего слоя атмосферы и фотоиспарению. В 2018 году исследователи пришли к выводу, что поток энергии, связанный с нагревом верхнего слоя атмосферы токами, больше потока энергии экстремально ультрафиолетового излучения. Для этого использовали формализм Кивельсона и Ридли, который позволяет рассчитать нагрев ионосферы исходя из плотности звездного ветра, магнитного поля и ионосферного импеданса (комплексного электрического сопротивления).
Быстро меняющее положение относительно звезды из-за малой орбиты TRAPPIST-1e попадает под разные значения магнитного поля. Изменение магнитного потока вызывает переменный электрический ток и напряжение, что ведет к омической диссипации. Энергия превращается в тепло из-за сопротивления верхнего слоя атмосферы.
В новом исследовании астрофизикa оценила влияние переменного тока и напряжения, возникающих при изменении магнитного потока звезды.
Астрофизики сравнили магнитный поток для TRAPPIST-1e с гипотетическими планетами, расположенными в 0,05 и 0,1 астрономической единицы от Солнца. Магнитное поле вокруг TRAPPIST-1e составляет порядка 1000 нанотесла большую часть орбиты и снижается до 600 нанотесла при пересечении корональных потоков. Гипотетические планеты в 0,05 и 0,1 астрономической единицы от Солнца испытывают силу межпланетного магнитного поля 700-900 нанотесла и 50-100 нанотесла соответственно. Эта сила также падает до 100 и 30 нанотесла при пересечении корональных потоков.
Исследователи изучили данные о магнитном потоке звезд для определения максимальной температуры верхних слоев атмосферы. Полученные сведения подтвердили итоги исследований 2018 года. Поток энергии переменного электрического тока звезды TRAPPIST-1е и предполагаемых планет Солнечной системы оказался сравнимым с ультрафиолетовым излучением, а в некоторых случаях превышал его.
Нагревание атмосферы экзопланеты ультрафиолетовым излучением — одна из причин ее истощения. Новая работа указывает на возможность того, что энергия переменного электрического тока в верхних слоях атмосферы может быть даже больше энергии ультрафиолетового излучения. Более того, энергия токов может составлять 1-10 процентов от всей энергии звездного излучения, падающего на TRAPPIST-1e. В теории это достаточно существенная величина, чтобы способствовать полной потере планетой сколько-нибудь плотной атмосферы.
Теперь астрономам предстоит по результатам наблюдений определить наличие у этой планеты атмосферы. Подтверждение выводов новой работы наблюдениями поставит под сомнение обитаемость большого числа подобных объектов во Вселенной.