Открывая тайны системы TRAPPIST-1. Как космический телескоп Джеймса Уэбба помогает учёным в поиске жизни на других планетах

В 40 световых годах от нашего Солнца находится звездная система TRAPPIST-1, в которой вращаются семь планет, похожих по размеру на Землю. Три из них находятся в так называемой обитаемой зоне, где температура позволяет существовать жидкой воде на поверхности планет. Эта система привлекает большой интерес ученых и любителей космоса, так как она может содержать потенциально пригодные для жизни миры.

Однако изучение этих планет с помощью традиционных методов астрономии оказывается затруднительным, так как они находятся очень близко к своей звезде, которая является красным карликом — холодной и нестабильной звездой, испускающей мощные вспышки и излучение. Эти факторы могут сильно влиять на атмосферу и климат планет, а также мешать наблюдениям с Земли.

Для решения этой проблемы астрономы используют новый космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), который был запущен в конце 2022 года и стал самым мощным инструментом для изучения далеких миров. JWST работает в инфракрасном диапазоне света, который лучше проникает через пыль и газ, окружающие звезды и планеты. Кроме того, JWST имеет очень высокое разрешение и чувствительность, что позволяет ему детально анализировать свет, проходящий через атмосферу планеты во время ее прохождения перед звездой (транзита).

Используя этот метод, называемый транзитной спектроскопией, ученые могут определить состав и структуру атмосферы планеты, а также выявить следы возможных биологических процессов. Однако для этого необходимо учитывать влияние звездного света, который может искажать или скрывать сигналы от планеты.

В новом исследовании, опубликованном в журнале The Astrophysical Journal Letters, команда астрономов, в которую входил Райан Макдональд из Университета Мичигана, представила первые результаты наблюдений за планетой TRAPPIST-1 b с помощью JWST. Эта планета является самой близкой к своей звезде и самой горячей в системе. Ученые ожидали, что она не имеет атмосферы или имеет очень тонкую атмосферу из-за сильного нагрева и испарения.

Так и получилось — учёные не обнаружили никаких признаков атмосферы вокруг TRAPPIST-1 b. Это может означать, что планета является голой скалой, имеет облака высоко в атмосфере или имеет очень тяжелую молекулу, например, углекислый газ, который делает атмосферу слишком тонкой для обнаружения. Но главное, что ученые увидели, это то, что звезда является самым большим фактором, мешающим наблюдениям, и будет делать то же самое с другими планетами в системе.

Большая часть исследования была посвящена тому, как много можно узнать об воздействии звезды на наблюдения за планетами системы TRAPPIST-1. «Если мы не разберемся, как справиться со звездой сейчас, это будет гораздо сложнее, когда мы будем смотреть на планеты в обитаемой зоне — TRAPPIST-1 d, e и f — чтобы увидеть какие-либо атмосферные сигналы», — сказал Макдональд.

Для этого ученые использовали специальный инструмент JWST, называемый NIRISS (Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph), который позволяет измерять спектр света в широком диапазоне длин волн. Они обнаружили, что звезда TRAPPIST-1 имеет много темных пятен (холодных регионов на ее поверхности, похожих на солнечные пятна) и вспышек, которые меняют яркость и цвет света в зависимости от времени и положения планеты. Эти эффекты создают фоновый шум, который может маскировать или имитировать атмосферные характеристики планеты.

Ученые разработали способ корректировать эти эффекты, используя дополнительные данные от других инструментов JWST и других телескопов. Они также сравнили свои результаты с теоретическими моделями атмосфер разных типов планет. Они пришли к выводу, что атмосфера TRAPPIST-1 b, если она существует, должна быть очень прозрачной и не содержать много молекул, которые поглощают свет.

Это исследование является первым шагом к более глубокому изучению системы TRAPPIST-1 с помощью JWST. Ученые планируют продолжить наблюдения за другими планетами в системе, особенно за теми, которые находятся в обитаемой зоне. Они надеются обнаружить признаки жизни или условий для ее возникновения. Для этого они будут использовать другие техники, такие как измерение теплового излучения планет или поиск химического дисбаланса в атмосфере.

Система TRAPPIST-1 является уникальной лабораторией для изучения разнообразия и эволюции планет вокруг красных карликов, которые составляют большинство звезд в нашей Галактике. Она также дает нам возможность искать ответы на фундаментальные вопросы о происхождении и судьбе жизни во Вселенной. JWST является идеальным инструментом для этой задачи, так как он может проникнуть в тайны этих далеких и темных миров.

Какова масса и радиус планеты TRAPPIST-1 b?

По данным NASA, масса планеты TRAPPIST-1 b составляет примерно 0.85 земных масс, а радиус — примерно 1.12 земных радиусов. Это означает, что планета имеет схожую с Землей плотность и, возможно, состоит из скал и металлов.

Как часто планета TRAPPIST-1 b проходит перед своей звездой?

Период обращения планеты TRAPPIST-1 b вокруг своей звезды составляет всего 1.51 земных суток. Это означает, что планета проходит перед своей звездой каждые 36.24 часа, что дает ученым много возможностей для наблюдений.

Какова температура на поверхности планеты TRAPPIST-1 b?

По оценкам ученых, температура на поверхности планеты TRAPPIST-1 b может достигать 400 градусов Цельсия. Это слишком жарко для существования жидкой воды или жизни, как мы ее знаем. Однако, если планета имеет атмосферу, она может уменьшать или увеличивать температуру в зависимости от ее состава и облачности.