На основе данных, полученных с телескопа «Джеймс Уэбб», и результатов компьютерного моделирования атмосферы, астрономы пришли к выводу, что экзопланета LHS 1140 b представляет собой планету, полностью покрытую океаном. Она обладает наилучшими из ныне известных характеристиками для потенциально обитаемого мира и является перспективным объектом для детального изучения.
Еще недавно ученые занимались поиском экзопланет исключительно с целью их выявления. Астрономы по-прежнему порой находят необычные объекты вроде системы из шести «резонансных» экзопланет. Но гораздо активнее они теперь ищут экзопланеты, которые мы можем подробнее рассмотреть и изучить существующими инструментами.
Вероятность существования жизни на экзопланете определяется множеством факторов, однако наши возможности исследования накладывают дополнительные ограничения. Прежде всего, планетарная система должна находиться относительно недалеко от Земли. Кроме того, для изучения атмосферы экзопланеты она должна располагаться на достаточно близком расстоянии от своей звезды. Наконец, для получения данных в разумные сроки ей необходим небольшой период обращения вокруг звезды.
Из-за близости к звезде поддержание пригодных для жизни условий на экзопланете представляет собой сложную задачу. Для этого необходимо, чтобы звезда была относительно стабильной и не испускала чрезмерное количество энергии. В качестве примера можно привести красного карлика (звёзды спектрального класса M). Кроме того, сама планета должна быть не слишком большой, её размеры должны быть сопоставимы с размерами Земли.
За прошедшие годы удалось выявить примерно полтора десятка планет диаметром менее 1,5 диаметра Земли. Еще есть мини-нептуны, которые могут быть водными мирами, если находятся подальше от звезды. К сожалению, моделирование климата и условий на таких планетах показало, что для запуска неудержимого парникового эффекта (из-за которого планета становится непригодной для жизни) им достаточно всего 0,3 излучения, которое получает Земля от Солнца. Значит, маловероятно, что на теплых мини-нептунах сохраняется жидкая вода.
Астрономы, работающие в Лаборатории реактивного движения и Калифорнийском технологическом институте (США), обнаружили планету, обладающую водными ресурсами и представляющую интерес для последующих исследований. Речь идет о планете LHS 1140 b, первое описание которой вышло в 2017 году. Она летает у красного карлика LHS 1140 в 48,8 светового года от нас, который по массе и радиусу в шесть раз меньше Солнца (15%). Дальнейшие исследования показали, что LHS 1140 b может быть обычной землеподобной планетой с N 2-CO2 атмосферой или водным миром с богатой водородом атмосферой.
Для более детальной характеристики экзопланеты исследователи использовали данные, полученные с космического телескопа «Джеймс Уэбб». Ученые предполагали наличие водородной атмосферы с добавлением водяного пара и других газов, таких как метан и углекислый газ. Однако телескоп не обнаружил указанных примесей, которые были спрогнозированы компьютерными моделями. Кроме того, результаты наблюдений не подтвердили гипотезы о плотных облаках и слое дымки.
По мнению ученых, наличие значительной и насыщенной водородом атмосферы на LHS 1140 b должно сопровождаться повышенным содержанием метана. Поскольку планета не обладает такой плотной водородной оболочкой, то крайне низкая плотность этого небесного тела, скорее всего, обусловлена наличием обширного жидкого океана (или отсутствием ядра, что представляется маловероятным).
При слабом звёздном излучении (составляющем 42% от земного) и наличии толстого водного слоя (10% массы планеты) мантия экзопланеты LHS 1140 b, скорее всего, состоит из льда. Водный лёд способен сохранять твёрдое состояние при повышенных температурах и высоком давлении, образуя экзотическую структуру, даже несмотря на наличие океана жидкой воды над ним. Предполагается, что он либо частично, либо полностью смешан с находящейся глубже каменной мантией.
Скорее всего, в ходе своего формирования планета аккумулировала лед, содержащий углерод и азот, что должно было привести к преобладанию углекислого газа или азота в ее атмосфере. Отсутствие водорода в ее атмосфере указывает на то, что LHS 1140 b не может быть горячей планетой-океаном. Но даже при низких температурах, если планета обладает достаточно плотной атмосферой, состоящей из углекислого газа 2/N2 атмосферу, на ней может сохраняться жидкий океан.
Согласно проведенным расчетам, при наличии достаточного числа наблюдений (не менее девяти прохождений планеты перед звездой) исследователи смогут удостовериться в наличии CO 2-атмосферы. В целом, LHS 1140 b представляет собой весьма интересный потенциальный водный мир, пригодный для обитания, который уже сейчас можно изучать при помощи инструментов телескопа «Джеймс Уэбб».
Работа выложена в открытый доступ на arXiv и отправлена на рецензирование в журнал The Astrophysical Journal Letters.