Розкрито причину відсутності атмосфер у землеподібних планет у «населеній» зоні

Відомо вже кілька десятків екзопланет, які за розмірами та масою можна порівняти з Землею, звертаються навколо карликових зірок і при цьому розташовуються в зоні потенційної життєдіяльності — там, де океани за наявності не випаруються і не замерзнуть повністю. Проблема в тому, що поки жодна з цих планет не має достатньо щільної атмосфери. Вчені вирішили розібратися, в чому річ.

Нинішня земна атмосфера — вторинна: ​​вона поступово накопичилася вже після того, як виникла сама планета, а джерелами накопичень вважають виверження вулканів і життєдіяльність мікроорганізмів. Без життя на Землі не було б стільки кисню, але вуглекислий газ та азот все одно залишилися б. Дотримуючись цієї логіки, у космосі багато років розшукують такі самі «Землі», але поки що не знаходять те, що потрібно, — планети, що відповідають чотирьом критеріям: порівняні із Землею за розміром та масою; карликова батьківська зірка; знаходження на найкомфортнішій відстані від неї; наявність щільної атмосфери. Першим трьом вимогам відповідає цілий список світів, але атмосферного багатства вони виявляється.

Дуже яскравий приклад — розташована всього за 39 світлових років від нас система TRAPPIST-1, яку астрономи прозвали «гороховим стручком» за те, що в ній спостерігають цілий розсип приблизно однакових кам’янистих, землеподібних планет. Три з них розташовані в зоні потенційної проживання, біля свого маленького сонця — червоного карлика. Але навіть їх спостереження через нову орбітальну обсерваторію «Джеймс Вебб» призводять до невтішного висновку: схоже, вони майже безповітряні.

Дослідники підозрюють, що причиною цього випадку стала типова особливість червоних карликів: вони випускають дуже потужні спалахи. Астрофізики з Австрії вирішили на прикладі TRAPPIST-1 розрахувати мінімальну відстань від карликової зірки, на якій планета може досить довго утримувати свою атмосферу. Результатами вчені поділилися у  статті, доступній на сервері препринтів університету Корнелл (США).

Автори змоделювали ситуацію для планет саме земних габаритів, які розташовані біля зірок масою від 0,1 до 1,2 сонячної та віком від мільйона до кількох мільярдів років. На різних етапах еволюції зірки по-різному світять і гріють, тож це теж важливо. При цьому розглядали різні варіанти співвідношення вуглекислого газу та азоту в атмосфері. З’ясувалося, що, як і слід було очікувати, зона потенційної життєдіяльності із зоною утримання атмосфери повністю не збігається, але вони можуть перетинатися, якщо планета тримається приблизно в п’ять разів ближче до зірки, ніж Земля до Сонця, а зірка при цьому червоний карлик масою приблизно половину нашого світила.

Астрофізики «підставили» свої результати під розташування реально спостерігаються і відповідних екзопланет. Виявилося, практично всі вони надто близько до своїх зірок. У TRAPPIST-1 зона утримання атмосфери знаходиться набагато далі, ніж «потрібно»: якщо помістити туди планети, вони вже будуть за межами зони, що потенційно живе. Але одна екзопланета виявилася майже в ідеальному місці — і на території «населеності», і біля тієї лінії, де вона може довго утримувати атмосферу з вуглекислого газу з маленькою добавкою азоту. Це TOI-700 d із системи червоного карлика у 101 світловому році від нас.

Маса екзопланети трохи земніша, а в радіусі вона практично така ж, як наша планета. Втім, навіть на неї, за словами дослідників, надій небагато: раніше дослідження показали, що без сильного магнітного поля TOI-700 своє повітря утримати не може. У будь-якому разі найближчими місяцями її планують знову поспостерігати.