Одним из самых громких событий в науке за нынешний год явно станет обнаружение планетной системы у звезды TRAPPIST-1 в созвездии Водолея, на расстоянии 38,8 световых лет от нас. Три планеты, вращающихся вокруг этой звезды, были обнаружены еще в 2016 году, а в феврале этого года стало известно еще о четырех.
Все планеты системы TRAPPIST-1 своими размерами близки к планетам земной группы или чуть меньше (от 1,19 до 0,76 земного радиуса). Периоды их обращения невелики: 1,51, 2,42, 4,04, 6,06, 9,21, 12,35 и 20 суток соответственно. Особое внимание привлекал тот факт, что три из семи планет этой системы находятся в потенциально обитаемой зоне своей звезды, то есть на их поверхности может существовать жидкая вода. Все сразу стали обсуждать возможность появления на этих планетах жизни.
Планеты системы TRAPPIST-1 и каменные планеты Солнечной системы
Сравнение системы TRAPPIST-1 с внутренней Солнечной системой и с «галилеевыми лунами» Юпитера
Недавно сразу две группы ученых опубликовали исследования, где показывалось, что характеристики звезды TRAPPIST-1 делают возникновение жизни у ее планет значительно менее вероятным, чем первоначально предполагалось. Эта звезда представляет собой холодный красный карлик. Ее масса составляет лишь около 8 % массы Солнца, температура поверхности у нее около 2550 кельвинов (у Солнца – 5778 кельвинов), а светимость составляет примерно 0,05% светимости Солнца. Так как все планеты системы TRAPPIST-1 находятся к своей звезде ближе, чем Меркурий к Солнцу, они, не смотря на меньшую температуру звезды, получают от нее примерно столько же энергии, сколько получают планеты земной группы.
Ученые из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики профессор Манасви Лингам (Manasvi Lingam) и Ави Леб (Avi Loeb), работу которых опубликовал International Journal of Astrobiology (препринт на arViv.org), рассмотрели факторы, которые могут определять пригодность для жизни планет, вращающихся вокруг красных карликов. По их словам, наличие жидкой воды не является достаточным условием возникновение жизни. Расчеты ученых показали, что планеты этой системы подвергаются значительно более сильному излучению ультрафиолетового диапазона, чем Земля. И такое излучение может стать непреодолимым препятствием для появления живых организмов. Более того, атмосферы планет могут быть разрушены столь интенсивным излучением звезды. По оценкам исследователей, вероятность существования жизни на любой из трех планет обитаемой зоны системы TRAPPIST-1 составляет менее 1% по сравнению с вероятностью появления жизни на Земле.
Подобные мнения высказывались и ранее. Еще в декабре 2016 года, когда было известно лишь о трех планетах системы TRAPPIST-1 астрофизик из Университета Уорика Питер Уитли (Peter J. Wheatley) и его коллеги из Бельгии и Швейцарии опубликовали статью, где на основе данных космического рентгеновского телескопа XMM-Newton доказывалось, что, хотя в видимом диапазоне излучение звезды TRAPPIST-1 слабое, в ультрафиолетовом и в рентгеновском диапазонах оно не слабее солнечного. А так как планеты этой системы значительно ближе к своей звезде, то они будут подвергаться куда более мощному излучению, чем обитатели Земли.
Авторами другого исследования стали ученые из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики и Центра космической науки и технологии в Лоуэлле (Lowell Center for Space Science and Technology) во главе с Сесилей Гаррафо (Cecilia Garraffo). Они подтверждают угрозу жизни, которую несет центральная звезда системы TRAPPIST-1. Излучение любой звезды оказывает определенное давление. На Земле в среднем давление светового излучения солнца составляет около 9 микроньютонов на квадратный метр. По оценке Сесилии Гаррафо и ее коллег, в системе TRAPPIST-1 это давление выше в тысячу или даже в миллион раз.
Магнитное поле звезды при этом будет взаимодействовать с магнитными полями планет так, что потоки заряженных частиц звездного ветра станут свободно проникать в атмосферы планет. Это приведет к быстрому исчезновению атмосфер. «Магнитное поле Земли действует как щит против разрушительных эффектов солнечного ветра, – говорит Сесилия Гаррафо. – Если бы Земля была намного ближе к Солнцу и подверглась такому натиску частиц, как в системе TRAPPIST-1, наш планетарный щит потерпел бы крах довольно быстро». Выводы ученых скоро будут опубликованы в журнале Astrophysical Journal Letters (доступен препринт на arXiv.org).
Ранее, в апреле этого года, появился еще один препринт, посвященный исследованию системы TRAPPIST-1. Группа венгерских ученых в нем также предупреждала о неучтенных ранее факторах, которые снижают шансы на появление в этой системе жизни. В их исследовании рассматривалась кривая блеска центральной звезды системы. Данные об изменении ее блеска во времени были получены космическим телескопом «Кеплер».
Как оказалось, для этой звезды характерны частые вспышки высокоэнергетического излучения от 1,26×1030 эрг до 1,24×1033 эрг, эти показатели равны и даже превышают энергию крупных солнечных вспышек. За 80 дней таких выбросов было 42, пять из них имели по нескольку пиков интенсивности. В среднем между выбросами проходило всего 28 часов. То есть практически каждые сутки планеты системы подвергались воздействию значительных потоков высокоэнергетических частиц. Поскольку сомнительно, что у столь близко расположенных к звезде планет имеется сильное магнитное поле, которое защищало бы их от звездного излучения, их атмосфера постоянно будет нестабильной.
Следует отметить, что выводы всех упомянутых исследователей не перечеркивают полностью возможность возникновения жизни на этих планетах, но показывают, насколько малы на это шансы. Но даже представители скептиков не отрицают эту возможность полностью. В работе Джека О’Мейли-Джеймса (Jack T. O'Malley-James) и Лизы Кальтенеггер (Lisa Kaltenegger) из Института Карла Сагана Корнельского университета говорится, что для защиты потенциальных живых организмов на планетах системы TRAPPIST-1 их атмосфера должна обладать определенным характеристиками. В частности, критически важно наличие мощного озонового слоя.
Если озон удастся обнаружить в их атмосферах, то, как пишут исследователи, будет больше шансов найти и следы жизни на этих планетах. Ответить на этот вопрос будет в состоянии космический телескоп имени Джеймса Уэбба (JWST), запуск которого назначен на октябрь 2018 года. Уровень озона сравнимый с земным JWST сможет заметить у самых ближних к звезде планет системы TRAPPIST-1 после 60 транзитов, а у самых дальних – после тридцати.
