Многие экзопланеты, которые по расчетам находятся в зоне обитаемости, на практике могут быть непригодны для существования жизни, утверждают авторы недавнего научного исследования. И причиной этому является неожиданный фактор, связанный с переменным током.
Наличие атмосферы на экзопланетах не всегда свидетельствует о возможности существования на них жизни. Близость планеты к своей звезде может вызывать интенсивную ионизацию верхних слоев атмосферы, или ионосферы. Если на Земле солнечное излучение, воздействующее на ионосферу, проявляется в виде геомагнитной активности, то для экзопланеты TRAPPIST-1e, расположенной в 40,7 световых годах от нас, такое соседство со звездой имеет более серьезные последствия.
TRAPPIST-1 — это звезда, имеющая семь известных обращающихся вокруг неё планет. Три из них (TRAPPIST-1e, f и g) располагаются в зоне обитаемости и рассматриваются как потенциально пригодные для жизни. Однако недавнее исследование, опубликованное в The Astrophysical Journal, астрофизики выразили сомнения в возможности существования жизни на экзопланете TRAPPIST-1е.
Крайне коротковолновое ультрафиолетовое излучение, при достаточно высокой интенсивности, способно «отрывать» атомы верхних слоев атмосферы, формируя ионы. Этот ионизированный слой газовой оболочки приобретает свойства проводника, в котором возникает электрический ток. Последующее распространение ионосферных токов вызывает нагрев верхних слоев атмосферы и фотоиспарение. В 2018 году ученые установили, что энергия, затрачиваемая на нагрев атмосферы токами, больше, чем энергия, переносимая экстремально ультрафиолетовым излучением. Для этого они применили формализм Кивельсона и Ридли, позволяющий определить нагрев ионосферы на основе плотности звездного ветра, магнитной индукции и ионосферного импеданса (комплексного электрического сопротивления).
Благодаря малой орбите вокруг TRAPPIST-1e, планета испытывает быстрое изменение своего положения относительно звезды и подвергается воздействию различных значений магнитного поля. Такое стремительное изменение магнитного потока вызывает появление переменного электрического тока и напряжения, что приводит к омическому рассеянию энергии. По сути, электрическая энергия преобразуется в тепловую вследствие сопротивления среды, а именно верхнего слоя атмосферы.
Новое астрофизическое исследование посвящено оценке воздействия колебаний электрического тока и напряжения, возникающих вследствие изменения магнитного потока звезды.
Астрофизики провели сопоставление магнитного потока для TRAPPIST-1e и предположительных планет, расположенных на расстоянии 0,05 и 0,1 астрономической единицы (что эквивалентно расстоянию от Земли до Солнца) от Солнца. Магнитное поле, окружающее TRAPPIST-1e, обычно составляет 1000 нанотесла и снижается примерно до 600 нанотесла во время прохождения корональных потоков. Гипотетические планеты, находящиеся на расстоянии 0,05 и 0,1 астрономической единицы от Солнца, подвержены воздействию межпланетного магнитного поля силой 700-900 нанотесла и 50-100 нанотесла соответственно. Эта сила также уменьшается до 100 и 30 нанотесла при прохождении корональных потоков.
Для оценки максимального нагрева верхних слоев атмосферы исследователи применили информацию о магнитном потоке, исходящем от звезд. Полученные данные совпали с результатами, полученными в 2018 году. Поток энергии переменного тока от TRAPPIST-1е и гипотетических планет Солнечной системы оказался сопоставим с потоком ультрафиолетового излучения и даже превышал его.
Ультрафиолетовое излучение, нагревающее атмосферу экзопланеты, может быть причиной ее разрушения. Согласно последним исследованиям, энергия переменных электрических токов в верхних слоях атмосферы может превышать энергию ультрафиолетового излучения. При этом энергия этих токов способна достигать 1-10 процентов от всей энергии, получаемой звездным излучением планетой TRAPPIST-1e. Потенциально это достаточно большая величина, чтобы существенно повлиять на полное исчезновение атмосферы.
Теперь астрономам предстоит определить по результатам наблюдений, обладает ли эта планета атмосферой. Если наблюдения подтвердят данные, представленные в новом исследовании, то возможность существования жизни на подобных планетах во всей Вселенной окажется под вопросом.