На данный момент известно уже несколько десятков экзопланет, схожих с Землей по размерам и массе, вращающихся вокруг карликовых звёзд и находящихся в зоне, где потенциально могут существовать океаны, не испаряясь и не замерзая полностью. Однако, ни у одной из этих планет пока не зафиксировано достаточно плотной атмосферы. Исследователи намерены выяснить причины этого явления.
Современная атмосфера Земли имеет вторичное происхождение: она формировалась постепенно, начиная с момента образования планеты. Предполагается, что вулканические извержения и деятельность микроорганизмов стали источниками этих «накоплений». Даже если бы на Земле не было жизни, кислород не образовался бы в таком количестве, но углекислый газ и азот всё равно присутствовали бы.
На протяжении многих лет космос активно исследуется в поисках планет, подобных Земле, однако пока не удалось найти ни одной, полностью соответствующей необходимым характеристикам. К этим критериям относятся: сопоставимость с Землей по размеру и массе, наличие карликовой звезды, оптимальное расстояние от этой звезды и плотная атмосфера. Хотя множество планет соответствуют первым трем условиям, атмосферы у них не наблюдается.
Замечательный пример — звездная система, находящаяся всего в 39 световых годах от Земли TRAPPIST-1, эта планетарная система, получившая от астрономов прозвище «гороховый стручок» из-за большого количества каменистых, схожих с Землей планет, вызвала значительный интерес. Три из них находятся в зоне, где потенциально может существовать жидкая вода, вокруг их малогабаритного светила — красного карлика. Однако даже наблюдения, сделанные с помощью новейшей орбитальной обсерватории «Джеймс Уэбб», указывают на печальный итог: по всей видимости, эти планеты лишены атмосферы.
Ученые предполагают, что причиной послужила характерная черта красных карликов – их способность к мощным вспышкам. Австрийские астрофизики провели расчеты, взяв за основу TRAPPIST-1, чтобы определить минимальное расстояние от карликовой звезды, при котором планета сможет сохранять свою атмосферу в течение длительного времени. Результаты работы были обнародованы в статье, размещенная на сервере препринтов Корнеллского университета, расположенного в США).
Для моделирования условий на планетах, схожих по размеру с Землей, авторы учли расположение возле звезд с массой от 0,1 до 1,2 солнечной и возрастом от миллиона до нескольких миллиардов лет. Важно отметить, что на разных этапах развития звезды меняется интенсивность излучения и нагрева. Также были проанализированы различные комбинации концентрации углекислого газа и азота в атмосфере.
Согласно полученным данным, зона потенциальной обитаемости и зона удержания атмосферы не идентичны, хотя и способны пересекаться. Это возможно, если планета располагается приблизительно в пять раз ближе к своей звезде, чем Земля к Солнцу, а данная звезда является красным карликом с массой, сопоставимой с половиной массы нашего светила.
Астрофизики сопоставили полученные ими данные с координатами реально обнаруженных и соответствующих экзопланет. Анализ показал, что почти все они расположены слишком близко к своим звездам. В системе TRAPPIST-1 зона удержания атмосферы находится значительно дальше, чем предполагалось: если бы там располагались планеты, они бы уже выходили за пределы потенциально обитаемой зоны.
Одна из экзопланет оказалась практически в оптимальном положении: она находится в зоне обитаемости и расположена рядом с границей, где может длительное время сохранять атмосферу, состоящую в основном из углекислого газа с небольшим содержанием азота. Речь идет об объекте TOI-700 d, который находится в системе красного карлика на расстоянии 101 световой год от Земли.
Масса экзопланеты лишь немного превышает земную, а ее радиус практически идентичен радиусу нашей планеты. Однако, по мнению ученых, надежды на ее обитаемость невелики: предыдущие исследования указывают на то, что без мощного магнитного поля TOI-700 d не сможет удержать атмосферу. В любом случае, в ближайшие месяцы ее планируют снова наблюдать.