Обитаемость инопланетных миров — это один из фундаментальных вопросов, на который пока нет ответа. Обнаружено свыше 5000 экзопланет, о которых наука знает исчезающе мало. Например, до сих пор не было надёжного доказательства существования атмосфер у скалистых миров, похожих на Землю. Если экзопланеты газовые гиганты без стеснения показывали свою раздутую атмосферу, то со скалистыми мирами всё было очень и очень неоднозначно.

Художественное представление экзопланеты 55 Cancri e. Источник изображениq: NASA

Возможности космической обсерватории им. Джеймса Уэбба открыли доступ к сбору данных по атмосферам экзопланет. Это довольно узкий канал для получения бесценной информации, но он есть и учёные им активно пользуются. Если экзопланета достаточно горяча или проходит по лику своей звезды, «Уэбб» фиксирует спектры излучения и поглощения в области наблюдений и помогает сделать вывод о наличии атмосферной оболочки и её приблизительном составе.

В 2004 году на удалении 41 световой год от Земли в двойной системе 55 Рака у солнцеподобной звезды 55 Рака A учёные обнаружили горячую суперземлю 55 Cancri e (55 Рака e). Экзопланета была примерно в два раза больше Земли и немного плотнее её. С тех пор 55 Рака e была под пристальным наблюдением множества научных коллективов, но обнаружить наличие атмосферы у экзопланеты не удавалось никакими способами.

Следует сказать, что планета 55 Рака e слишком горяча для возникновения там жизни. Она вращается у своей звезды примерно на четверть расстояния от Солнца до Меркурия. Её поверхность, судя по всему — это бурлящий океан магмы. Для учёных это возможность заглянуть в прошлое Земли, Венеры или Марса, когда планеты из нашей системы тоже были раскалёнными шариками. Это возможность понять процессы образования атмосфер на скалистых планетах и их взаимодействия с планетарным веществом.

Наблюдения за экзопланетой 55 Рака e позволили обнаружить признаки плотной и тонкой атмосферной оболочки. По словам исследователей — это лучшее доказательство наличия атмосфер у скалистых экзопланет за всю историю наблюдений подобных объектов. Данные получены благодаря высокой чувствительности «Уэбба» в ближнем и среднем инфракрасном диапазоне.

Крошечные колебания света в диапазоне от 4 до 12 мкм позволили обнаружить поглощения спектральных линий, сигнализирующие о наличии в атмосфере 55 Рака e монооксида и диоксида углерода, которые, очевидно, выделяются и поддерживаются (что наиболее важно в данном исследовании) глобальным магматическим океаном. Иначе говоря, скалистый мир самостоятельно создаёт и поддерживает атмосферную оболочку. Первичную атмосферу давно ободрало бы излучение близкой звезды.

Также «Уэбб» определил, что дневная сторона экзопланеты холоднее, чем предсказывает моделирование. Измерения показали, что температура поверхности на дневной стороне составляет 1540 °C. Если бы на планете не было атмосферы, она разогревалась бы до 2000 °C или около того. К охлаждению может привести либо перемещение лавовых потоков, либо атмосферных масс с дневной на ночную сторону (планета, суда по всему, находится в приливном захвате и всё время обращена к своей звезде одной стороной). Лаву можно исключить — явно не та динамика. Тем самым получено ещё одно косвенное доказательство наличия атмосферы у 55 Рака e.

«В конечном счете, мы хотим понять, какие условия позволяют скалистой планете поддерживать богатую газом атмосферу: ключевой компонент пригодной для жизни планеты», — говорят исследователи.

Космический аппарат NASA TESS дважды переходил в безопасный режим в начале апреля. Причина первого сбоя остается пока загадкой, вторая неполадка, предположительно, связана с тем, что вскоре после выхода из безопасного режима после первого сбоя система ориентации TESS не смогла успешно восстановить работу.

Источник изображения: TESS/NASA

Аппарат NASA TESS ищет планеты за пределами Солнечной системы, анализируя изменения яркости звезд при прохождениях перед ними планет.

3 мая TESS вышел из безопасного режима, который был активирован 23 апреля. Причиной перехода в этот режим (прекращение работы) стал нарастающий импульс в маховиках, отвечающих за ориентацию аппарата. Это произошло всего через 5 дней после шестой годовщины запуска аппарата 18 апреля 2018 года.

Это уже второе отключение TESS за последний месяц. 8 апреля произошло отключение систем, после чего 17 апреля работа была восстановлена. Однако уже 23 апреля последовал повторный переход в безопасный режим. Как сообщается на сайте NASA, его причиной стала неудачная попытка восстановления давления в системе, отвечающей за передачу импульса от маховиков, после первого инцидента.

Команда TESS из Массачусетского технологического института сбросила давление в этой системе, что позволило полностью возобновить работу аппарата. Тем не менее, первопричина перехода в безопасный режим, произошедший 8 апреля, до сих пор остается невыясненной и расследуется специалистами.

Несмотря на последние технические проблемы, TESS продолжает активно работать. Основная миссия спутника была выполнена в июле 2020 года, а первая расширенная миссия завершена в сентябре 2022-го, сейчас TESS работает в рамках второго продления миссии. Одним из последних достижений стало обнаружение первой «планеты-изгоя» — экзопланеты, блуждающей в межзвездном пространстве вне орбиты какой-либо звезды.

Недавно NASA призвало научное сообщество выдвинуть приоритетные задачи для TESS на предстоящие третий и четвертый расширенные периоды миссии, так как несмотря на текущие неполадки, аппарат продолжает активную работу по поиску и исследованию новых экзопланет. Его возможности далеко не исчерпаны, и предстоит еще немало удивительных открытий, которые расширят наши знания о мирах за пределами Солнечной системы.

Космическая обсерватория «Джеймс Уэбб» снова продемонстрировала свои удивительные возможности, предоставив учёным данные для составления карты погоды далёкой экзопланеты. И это не абстрактные знания. Это и другие подобные наблюдения помогут нам улучшить климатические модели Земли, а нам ведь на ней ещё жить, да жить.

Художественное представление горячего юпитера у звезды. Источник изображения: NASA

Экзопланета WASP-43b — горячий юпитер массой 1,78 от нашего Юпитера — уже не раз привлекала к себе внимание астрономов. Очень уж удачно она расположена у своей звезды, что делает экзопланету WASP-43b идеальным объектом для изучения: она обращается вокруг звезды за 19,5 ч и расположена не так уж далеко от нас. Ранее наблюдения WASP-43b с помощью телескопов «Хаббл» и «Спитцер» позволили заподозрить на ней наличие облаков. Появление «Уэбба» не могло пройти мимо поклонников WASP-43b, и они провели суточное наблюдение за ней, фиксируя показания в среднем инфракрасном диапазоне каждые 10 секунд.

На основании полученных данных и климатических моделей, подобных климатическим моделям Земли, был сделан вывод о наличии на ночной стороне экзопланеты сильной облачности. Надо заметить, WASP-43b находится на удалении всего 2 млн км от своей звезды, которая хоть и слабее Солнца, но достаточно горяча и массивна, чтобы удерживать экзопланету в состоянии приливного захвата. Иначе говоря, WASP-43b постоянно обращена к своему светилу одной стороной.

Яркость объекта на ночной стороне имеет больший провал, чем показывает моделирование

Согласно моделированию, ночная сторона экзопланеты должна была быть горячее, тогда как измерения этого не выявили. Подобное несоответствие с большой долей вероятности можно объяснить плотной облачностью, которая не позволяет экзопланете нагреваться с ночной стороны. Вещество в атмосфере WASP-43b — это силикаты и оксиды, поднятые вверх с разогретой до 1250 °C дневной стороны. На ночной стороне температура составляет 600 °C.

В атмосфере экзопланеты «Уэбб» обнаружил водяной пар и совсем не нашёл метана, который там должен формироваться в таких условиях. По этим данным учёные заключили, что на WASP-43b сильные ветра, достигающие на экваторе скорости 8000 км/ч. За счёт быстрого перемещения масс на ночной стороне не успевают проходить химические процессы и атмосфера экзопланеты в целом однородна. На освещённой стороне, похоже, всегда ясно.

Некоторое время назад в журнале The Astrophysical Journal вышла статья, в которой приводятся обоснования методики поиска пригодных для жизни землеподобных экзопланет. Разработчики проекта LIFE (Large Interferometer For Exoplanets) на примере спектральных сигнатур Земли в ближнем инфракрасном диапазоне доказали, что они смогли бы определить пригодность нашей планеты к жизни с расстояния в 30 световых лет.

Источник изображения: ETH Zurich / LIFE initiative

Космическая обсерватория Large Interferometer For Exoplanets или, по-русски, большой интерферометр для экзопланет разрабатывается учёными под руководством специалистов из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich). Это должна быть четвёрка примерно 3-метровых инфракрасных телескопов, разнесённых друг от друга на расстояние до 600 м, что эквивалентно одному зеркалу диаметром до 600 м. Телескоп LIFE будет базироваться в точке Лагранжа L2 — там же, где сейчас работает «Джеймс Уэбб». Проект должен быть реализован в начале 30-х годов.

Свежей работой учёные из Цюриха доказали, что лежащая в основе интерферометра LIFE методика будет надёжно работать. По крайней мере, с её помощью они смогли обнаружить пригодные для зарождения жизни условия на Земле. Это была не имитация, а проверка на самом высоком уровне — на реальных спектрах. Данные об инфракрасных спектрах Земли учёные получали с космического зонда NASA Aqua и затем анализировали с использованием соответствующих фильтров.

Учёные понимали, что с расстояния в десятки, а то и сотни световых лет экзопланеты будут выглядеть для инструментов человечества как точки или, в лучшем случае, как размытые пятна. Поэтому опираться надо будет на усреднённые показатели. «Наша цель — обнаружить химические соединения в спектре света, которые указывают на жизнь на экзопланетах», — пояснила Саша Куанц (Sascha P. Quanz), руководитель LIFE initiative.

Исследователи специально ограничили экспериментальные данные, чтобы они напоминали спектры экзопланет, полученные из глубин Вселенной. Также были проанализированы спектры, полученные с разных сторон Земли — с полюсов и экватора. Ведь мы вряд ли узнаем об ориентации экзопланеты, поэтому важно было понять, как отличаются спектры с разных точек обзора. К счастью, отличий не оказалось. Если экзопланета будет пригодна для жизни земного типа (а другой мы не знаем), то без разницы каким боком она будет обращена в нашу сторону.

Зато сезонные изменения, как выяснилось, повлияли на показания достаточно неопределённым образом. Наблюдения в январе и июне не дали чётких различий, и судить по полученным данным о климате и атмосфере было затруднительно.

Ключевой вывод исследования обнадёживает: если бы подобный LIFE космический телескоп наблюдал за планетой Земля с расстояния около 30 световых лет, то он обнаружил бы признаки обитаемого мира с умеренным климатом. Команда смогла определить концентрацию в атмосфере CO₂, воды, озона и метана в инфракрасных спектрах атмосферы Земли, а также такие условия на поверхности, которые способствовали появлению воды. Признаки наличия озона и метана особенно важны, поскольку эти газы производятся биосферой Земли.

Необычно красочное оптическое явление в облаках Земли — глория или ореол — впервые могло быть замечено в атмосфере далёкого инопланетного мира. Пока это только вероятность, но она достаточно большая, чтобы явление продолжили изучать. Если данные подтвердятся, открытие позволит больше узнавать об атмосферах экзопланет и даже об океанах на их поверхности — это бесценная возможность изучать миры, куда человечество попадёт очень и очень нескоро.

Художественное представление глории в атмосфере ультрагорячего юпитера. Источник изображения: ESA

Признаки глории учёные из Института астрофизики и космических наук в Португалии обнаружили в архивных данных обсерваторий CHEOPS, TESS, «Хаббл» и «Спитцер» по экзопланете WASP-76b. Это ультрагорячий юпитер, который неоднократно становился объектом интереса астрономов. Эта планета вращается вокруг звезды класса F7 с массой 1,4 массы Солнца и возрастом 2,4 млрд лет. Период обращения составляет всего 1,8 дня. Это означает, что планета буквально купается в мощном энергетическом излучении звезды.

На солнечной стороне WASP-76b температура достигает 2400 °C (она всегда обращена одной стороной к своему солнцу). Подобный нагрев испаряет металлы с поверхности и превращает их в пар. Это трудно вообразить, но дожди на WASP-76b — это капли расплавленных металлов, в частности — железа, как показали спектральные измерения. Признаки глории, судя по всему, это результат преломления света от местной звезды на облаках из почти одинаковых капель расплавленного железа в верхних слоях экзопланеты.

Пример глории на облаках Земли, когда объект находится между Солнцем и облачным фоном. Источник изображения: Википедия

Данные о вероятном и характерном оптическом явлении были получены свыше двух десятков раз. Оно наблюдалось в момент захода экзопланеты за свою звезду (система удалена от нас на 640 световых лет) — это так называемое вторичное затмение. В оптике планета вдруг становилась ярче, тогда как в инфракрасном свете интенсивность не изменялась. Нельзя исключать, что в атмосфере WASP-76b могут происходить иные процессы, которые сопровождаются набором наблюдаемых данных. Поэтому учёные продолжат наблюдать за WASP-76b, ведь это шанс разобраться с тем, как мы можем интерпретировать атмосферные и даже поверхностные явления на других мирах.

Человечество успешно справилось с обнаружением экзопланет — миров в иных звёздных системах. На очереди открытие экзолун. Эти планетарные тела сравнительно небольших размеров и поэтому обнаружить их пока не удаётся. Зато намного проще может оказаться увидеть будущий спутник, пока он «размазан» тонким слоем пыли и газа по протопланетному диску. Подобные признаки формирования экзолун были обнаружены в молодой звёздной системе PDS 70.

Протопланетный диск системы PDS 70. Источник изображений: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Benisty

Открытие системы PDS 70 несколько лет назад стало подарком астрономам и планетологам. Она расположена сравнительно недалеко от Земли — всего в 370 световых годах. Звезде и протопланетному диску PDS 70 всего 5,5 млн лет — это младенец по сравнению с Солнечной системой, возраст которой оценивается в 4,5 млрд лет. Поэтому система PDS 70 изучалась всеми доступными астрономическими инструментами от наземных до космических. Большинство интересных открытий были сделаны радиотелескопом ALMA и Очень большим телескопом, расположенными в Чили.

Самым впечатляющим открытием стало обнаружение в системе PDS 70 двух формирующихся экзопланет на одной орбите (PDS 70B и PDS 70C). После этого за системой стали следить ещё внимательнее и обнаружили удивительное — вокруг каждой из них наблюдались спиральные завихрения вещества в протопланетном диске. Моделирование показало, что с большой вероятностью это могут быть признаки образования естественных спутников у этих планет. Подобные завихрения вещества учёные наблюдали и раньше в протопланетных дисках других систем, но теперь появилась возможность связать все наблюдения воедино и предположить, что всё это один процесс — рождение будущих лун.

Два ранее обнаруженных зародыша экзопланет на одной орбите

Но на этом сюрпризы не окончились. На внутреннем крае протопланетного диска PDS 70 были обнаружены данные, которые заставили учёных заподозрить формирование там третьей экзопланеты. После подтверждения открытия другими группами планета получит индекс PDS 70D.

«Мы нашли новые доказательства присутствия третьей планеты в системе, которые были предложены на основе наблюдений VLT, — сказал Валентин Кристианс, один из учёных проекта. — Более того, новые инфракрасные измерения [Джеймсом Уэббом], которые мы провели для двух известных протопланет, предполагают наличие вокруг них нагретого материала, который может быть строительным материалом для формирующихся вокруг них лун».

Примерно в 50 световых годах от Земли находится система LHS 1140, в которой ранее были обнаружены две суперземли. Одна из них обещает оказаться планетой-океаном, потенциально пригодным для жизни. В этом помог разобраться космический инфракрасный телескоп им. Джеймса Уэбба, приборы которого проанализировали состав атмосферы экзопланеты LHS 1140b.

Инопланетный мир у красного карлика в представлении художника. Источник изображения: ESO

Прибор NIRSpec «Джеймса Уэбба» изучил атмосферу экзопланеты LHS 1140b в июле 2023 года во время двух событий транзита экзопланеты по своей звезде. Ранее предполагалось, что это каменистый мир массой свыше 6 земных. Новые наблюдения позволили снизить оценку массы и размера экзопланеты до 5,6 массы Земли и радиуса 1,73 от земного. Инсоляция планеты предполагается на уровне 0,42 от земной, а усреднённая температура у поверхности может составлять 226 К.

Добавим, планета LHS 1140b вращается вокруг красного карлика массой 0,18 солнечных масс. Она расположена достаточно близко к звезде, но слабое излучение центрального светила не перегревает её поверхность, а это важно, ведь для планеты с глобальным океаном повышенная инсоляция это автоматическое создание парникового эффекта и смерть всему живому. Вы только посмотрите, что сотворил парниковый эффект на Венере!

Одним словом, если на LHS 1140b есть глобальный океан, то температура воды на его поверхности выше точки замерзания, что означает потенциальную его пригодность для зарождения биологической жизни. Впрочем, судя по размерам и оценкам плотности экзопланеты, вместо 10 % воды на её поверхности может присутствовать плотная газовая атмосфера. Спектральный анализ атмосферы и моделирование показали, что вероятность плотной атмосферы у LHS 1140b ниже, чем вероятность наличия огромного объёма воды на её поверхности. Поэтому это хороший кандидат на роль планеты-океана. И вдвойне ценно, что подобных миров обнаружено не так много, как хотелось бы учёным. Ещё один лишним не будет.

В 2008 году астрономы обнаружили раскалённую планету, в два раза превышающую по размеру Юпитер, которая неуклонно движется по спиральной траектории навстречу гибели в недрах своей звезды. По космическим меркам, это событие произойдёт относительно скоро — всего через три миллиона лет, учитывая, что среднее время жизни звезды составляет 10 миллиардов лет. Планета WASP-12b вращается вокруг жёлтого карлика, расположенного в 1400 световых годах от Солнца.

Иллюстративное изображение яйцевидной планеты WASP-12b / Источник изображения Robert Lea

Ранее учёные полагали, что у WASP-12b есть в запасе примерно 10 миллионов лет, но последние исследования показали, что планета врежется в свою звезду гораздо раньше. Обречённая планета вращается по столь низкой орбите вокруг жёлтого карлика, что один оборот она делает приблизительно за земной день. Высота орбиты не превышает 3,38 миллиона километров, а силы гравитации, действующие на планету, настолько велики, что придают ей яйцевидную форму. Температура на поверхности планеты составляет порядка 2210 °С, что позволяет классифицировать WASP-12b как планету типа «горячий юпитер».

До 2018 года WASP-12b считалась самой горячей из открытых планет, но теперь она уступила этот рекорд планете Kelt-9b. Долгое время WASP-12b также обладала самой низкой орбитой среди известных звёздных систем, однако с первого места её вытеснила K2-137b, которая вращается вокруг красного карлика, расположенного примерно в 322 световых годах от Земли, по орбите высотой всего чуть более 800 000 км.

Похоже, что время обращения WASP-12b вокруг своей звезды постоянно меняется. Предыдущие теории объясняли это изменением положения планеты относительно Земли и постепенным сдвигом её орбиты. Астрономы в сотрудничестве с проектом Asiago Search for Transit Time Variations of Exoplanets проанализировали 28 наблюдений планеты, сделанных в период с 2010 по 2022 год, во время её движения на фоне родительской звезды.

Исследования показали, что гибель WASP-12b примерно через 3 миллиона лет станет результатом явления, называемого «приливной диссипацией», а также выявили признаки чрезвычайно высокой активности её жёлтой звезды. Учёным удалось получить свидетельства приближающейся гибели и самой карликовой звезды. Для звёзд с низкой и средней массой, таких как WASP-12, размеры которых примерно в 1,5 раза больше Солнца, окончание горения водорода в ядре запускает период жизни, называемый «субгигантской фазой», во время которой горение водорода перемещается к внешним слоям звезды.

«Согласно приливной теории, диссипация, которую мы видим в системе, слишком сильна, чтобы её можно было объяснить звездой главной последовательности. Если бы звезда уже покинула главную последовательность и вошла в субгигантскую фазу, это можно было бы легко объяснить, — считает руководитель исследования Пьетро Леонарди (Pietro Leonardi) из Падуанского университета. — Однако, согласно нашим результатам, звезда все ещё находится на главной последовательности и не вошла в свою субгигантскую стадию».

Примерно через 3 миллиона лет, когда WASP-12b наконец погрузится в свою звезду, это вызовет изменения, которые наблюдатели смогут увидеть с Земли — при условии, что на нашей планете ещё останется разумная жизнь. «Когда планета неизбежно врежется в звезду, первым признаком будет вспышка светимости, в результате которой звезда станет в сотни раз ярче, чем сегодня, — утверждает Леонарди. — Это увеличение не продлится долго и быстро исчезнет. Но, возможно, люди будущего смогут увидеть это и изучить».

Леонарди считает, что результаты исследования WASP-12b могут указывать на то, что другие планеты такого типа также могут находиться на пути столкновения со своими звёздами. «Нам ещё предстоит выяснить, является ли то, что мы наблюдали, уникальным сценарием или обычным событием во Вселенной», — уверен он. Сейчас Леонарди в сотрудничестве с Европейским космическим агентством (ЕКА) использует спутник ExOPlanet (CHEOPS) для исследования скорости снижения орбит других «горячих юпитеров».

Крупнейший в истории обзор ближайших к Земле протопланетных дисков у молодых звёзд позволил увидеть, как примерно выглядела Солнечная система в момент своего рождения. Дюжина команд астрономов со всей Европы объединила усилия и смогла представить данные о 86 молодых звёздах и окружающих их газопылевых дисках. Эта информация позволит больше узнать об эволюции звёздных систем и планет, а значит, лучше понять нашу систему.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

«Это действительно сдвиг в нашей области исследований, — сказал Кристиан Гински (Christian Ginski), преподаватель Университета Голуэя, Ирландия, и ведущий автор одной из трёх новых статей, опубликованных в Astronomy & Astrophysics. — Мы перешли от интенсивного изучения отдельных звёздных систем к этому огромному обзору целых областей звездообразования».

Для поиска молодых звёзд с протопланетными дисками были осмотрены три большие области звездообразования. Две из них находились на удалении 600 световых лет — это области Тельца и Хамелеона I, а одна на удалении 1600 световых лет — это область Ориона. Для начала учёные выявили общий момент для всех молодых звёздных систем. Оказалось, что протопланетные диски редко возникают в двойных и тройных молодых звёздных системах. В этом плане нам снова повезло. Если бы у Солнца была звезда-партнёр, а то и две, то шансы на появление планет в такой системе резко устремились бы вниз.

Также интересно, что среди протопланетных дисков наблюдалось впечатляющее разнообразие. Среди них были равномерные и безликие диски, диски со спиральными рукавами, пустотами и с другой асимметрией. Подобное учёные объясняют тем, что форма дисков может сильно искажаться, когда в них начинают появляться планетарные тела и чем больше зарождающаяся планета, тем сильнее искажения вплоть до образования спиральных рукавов и разрывов.

«На некоторых из этих дисков видны огромные спиральные рукава, предположительно приводимые в движение сложным танцем планет, вращающихся по орбитам», — поясняет Гински. «На других видны кольца и большие полости, образовавшиеся в результате формирования планет, в то время как другие кажутся гладкими и почти бездействующими среди всей этой суетливой деятельности», — добавляет Антонио Гаруфи (Antonio Garufi), астроном Астрофизической обсерватории Арчетри Итальянского национального института астрофизики (INAF) и ведущий автор одной из статей.

Некоторые из наблюдавшихся в работе протопланетных дисков. Источник изображения: ESO

Основные наблюдения были сделаны с помощью прибора SPHERE, установленного на VLT ESO (Очень большой телескоп Южной европейской обсерватории, установленный в Чили). Данные о распределении газа и пыли в протопланетных дисках предоставил радиотелескоп ALMA, также развёрнутый в Чили. Прибор VLT X-shooter предоставил данные о возрасте и массе наблюдаемых звёзд. Учёные ждут конца десятилетия, когда будет введён в строй Чрезвычайно большой телескоп с 39-м зеркалом. Этот инструмент позволит разглядеть в этих дисках зародыши планет, подобных Земле.

С помощью зонда «Галилео» (Galileo), астрономы обнаружили на Земле признаки континентов и океанов, а также наличие кислорода в её атмосфере. Это «открытие» играет ключевую роль в разработке методов анализа и интерпретации данных об экзопланетах и открывает новые возможности для поиска и изучения потенциально пригодных для жизни миров.

Источник изображений: Ryder H. Strauss / arXiv, The Astronomical Journal

В докладе, опубликованном на arXiv.org, группа астрономов под руководством Райдера Штрауса (Ryder H. Strauss) из Университета Северной Аризоны (NAU), представила результаты анализа данных, собранных космическим аппаратом «Галилео» в ходе его гравитационных манёвров около Земли в 1990 и 1992 годах. Астрономы использовали спектрофотометрические наблюдения, сделанные твёрдотельным датчиком изображения ограниченного действия (Limited Solid State Imager, SSI), с применением набора узкополосных фильтров (фиолетовый, зелёный, красный и четыре ближних инфракрасных), чтобы исследовать отражённый свет Земли.

Анализ показал, что изменчивость кривых блеска всего диска Земли может быть объяснена меняющейся погодой, наличием континентов, океанов и облаков на вращающейся планете. Кроме того, временная динамика цвета диска приписывается океанам (сдвиг в синюю сторону) и суше с растительностью (сдвиг в красную сторону).

Измерение интенсивности света Земли через красные и фиолетовые фильтры, а также в инфракрасном диапазоне IR-6560 и фиолетовом при облёте Земли зондом «Галилео» в 1990 году

Снижение отражательной способности при наблюдениях в некоторых инфракрасных фильтрах связано со слабым поглощением излучения водяным паром и сильным поглощением молекулярным кислородом. Эти результаты подчёркивают важность молекулярного кислорода в атмосфере Земли как ключевого индикатора её обитаемости.

Полученные данные будут использоваться для дальнейшей проверки и совершенствования трёхмерной спектральной модели Земли, разрабатываемой Виртуальной планетарной лабораторией (VPL) NASA. Такой подход позволит значительно улучшить методики наблюдений за экзопланетами, в том числе потенциально обитаемыми, и расширить наше понимание возможности существования жизни за пределами родной планеты.

Исследование подтверждает, что наблюдения за полными дисками планет Солнечной системы могут служить важным аналогом для анализа экзопланет. Особое значение в этом контексте имеет Земля как единственный известный обитаемый мир, что делает её ключевым объектом для изучения в рамках поиска потенциально обитаемых экзопланет.

Группа астрономов в данных телескопа NASA TESS обнаружила потенциально пригодный для обитания мир в 137 световых годах от Земли. Экзопланета TOI-715b размерами в полтора раза больше нашей планеты входит в редкую «консервативную зону обитания», в которой условия среды максимально благоприятствуют возникновению биологической жизни. Будущие наблюдения с помощью телескопа «Уэбб» обещают лучше понять ситуацию с этим любопытным объектом.

Художественное представление экзопланеты TOI-715b у красного карлика. Источник изображения: NASA/JPL-Caltech

Телескоп TESS запущен в космос в 2018 году. Он охотится за экзопланетами методом определения провалов в яркости звёзд. Частота и сила провалов позволяют вычислить орбиту небесного тела, проходящего по лику звезды-хозяйки системы, и его массу, а также плотность. По этой информации учёные воссоздают образы тех миров, которые кружат вокруг далёких звёзд.

Чем ближе эти миры, тем больше у нас возможностей лучше их изучить. Например, исследование спектра света звёзд, проходящего сквозь атмосферу экзопланет, даёт данные об их атмосферах. А это уже способность точнее определить пригодность экзопланеты для жизни, чем просто факт её нахождения в зоне обитаемости звезды. Инструменты для такого анализа есть в составе космической обсерватории им. Джеймса Уэбба и рано или поздно он, таким образом, изучит также мир TOI-715b.

«Это открытие является захватывающим, поскольку это первая суперземля в данных TESS, обнаруженная в пределах консервативной обитаемой зоны, — сказала доктор Джорджина Дрансфилд (Georgina Dransfield), научный сотрудник факультета физики и астрономии Бирмингемского университета в Соединенном Королевстве. — Кроме того, поскольку она находится относительно близко, система подходит для дальнейших исследований атмосферы».

Астрономы полагают, что TOI-715b у красного карлика существует в узкой и наиболее оптимальной области вокруг звезды, известной как консервативная обитаемая зона, на которую с меньшей вероятностью влияют пределы погрешности измерений. Орбита экзопланеты составляет 19 дней, поэтому она находится в опасной близости к своей звезде с точки зрения угрозы от вспышек и радиации. Но пока звезда-хозяйка ведёт себя спокойно — за год наблюдений было всего две вспышки небольшой интенсивности и есть вероятность, что такое не повредит гипотетической жизни на планете.

В 2026 году планируется запуск нового европейского охотника за экзопланетами — обсерватории PLATO. Он будет определять экзопланеты вокруг красных и оранжевых карликов, подобных нашему Солнцу. Астрономы получат в свои руки более мощный и более точный инструмент, благодаря которому мы сможем находить не только суперземли, но также планеты, больше соответствующие облику и размерам нашей родной Земли.

Космическая обсерватория им. Джеймса Уэбба сделала два редких наблюдения — напрямую увидела две экзопланеты в системах с белыми карликами. Это экзотика в квадрате — получить свет от планет вне Солнечной системы и ещё переживших смерть своей звезды.

Художественное представление экзопланеты-гиганта в системе с белым карликом. Источник изображения: Robert Lea

Статья об открытии ещё не прошла рецензирование и находится на сайте arXiv. Экзопланеты-кандидаты были обнаружены прибором «Уэбба» MIRI в среднем инфракрасном диапазоне, когда в поле зрения телескопа попали белые карлики WD 1202-232 и WD 2105-82. Одна из потенциальных экзопланет располагается на расстоянии от звезды примерно в 11,5 раз дальше, чем Земля отстоит от Солнца. Второй кандидат находится ещё дальше от своей звезды — на удалении в 34,5 раза дальше, чем расстояние между нашей планетой и Солнцем.

Массы обеих экзопланет пока неизвестны. Для их определения необходимы новые наблюдения. По грубым оценкам, каждая из экзопланет может быть от 1 до 7 раз тяжелее Юпитера — самой большой планеты Солнечной системы. Пока масса этих объектов не будет определена, они будут считаться кандидатами в экзопланеты. Их предыдущие орбиты, по-видимому, были намного ближе к звёздам. Вероятно, примерно на том месте, где сейчас находятся орбиты Сатурна и Юпитера. Когда звёзды в этих системах умирали и превращались в красных гигантов, их разросшиеся оболочки выжигали и выталкивали всё до орбиты Марса, и это могло также привести к изменению орбит экзопланет-гигантов.

Глядя на системы WD 1202-232 и WD 2105-82 мы фактически наблюдаем слепок с Солнечной системы примерно через 5 млрд лет, когда Солнце пройдёт стадию красного гиганта и сбросит внешнюю оболочку, оставив в центре системы остывающее ядро — белый карлик.

Источник изображения: Mulaney, et al, 2024

Кстати, от 25 % до 50 % наблюдаемых белых карликов демонстрируют повышенное содержание металлов по классификации астрономии — химических веществ тяжелее водорода и гелия. На примере наблюдаемых систем с выжившими планетами-гигантами можно предположить, что они сбрасывают на ядра звёзд астероиды и кометы, являясь источниками загрязнения остатков звёзд металлами. Тем самым планеты-гиганты могут считаться распространёнными телами в звёздных системах.

Ещё одно интересное наблюдение кандидатов в экзопланеты заключалось в том, что они были намного горячее в определённом диапазоне инфракрасного спектра, чем можно было бы ожидать. Это позволяет надеяться, что дополнительное тепло может поступать, например, от их спутников. Тем самым у нас появляется шанс впервые открыть экзолуну. Одним словом, обнаружены очень перспективные для наблюдений объекты и «Уэбб» ещё наверняка уделит им внимание.

Учёные Института Макса Планка (Германия) при помощи космического телескопа «Хаббл» (Hubble) обнаружили, что атмосфера относительно небольшой планеты GJ 9827d в другой звёздной системе богата водяным паром. Но радоваться преждевременно: её поверхность достаточно горяча, чтобы расплавить свинец, а значит, этот мир непригоден для жизни в том виде, в котором мы её знаем.

Источник изображения: mpia.de

Температура на поверхности экзопланеты GJ 9827d сравнима с температурой на Венере — около 400 °C, но это всё равно захватывающее открытие. Дело в том, что это самая маленькая из открытых экзопланет, где была обнаружена вода. А значит, учёные ближе чем когда-либо подобрались к описанию миров, похожих на Землю. GJ 9827d примерно вдвое крупнее Земли, а вращается планета вокруг звезды GJ 9827, которая находится на расстоянии 97 световых лет от нас и наблюдается в созвездии Рыб. Эта планета — лишь один из похожих на Землю миров, вращающихся вокруг этой звезды, а её возраст составляет около 6 млрд лет.

«Хаббл» наблюдал GJ 9827d в течение трёх лет, и за это время планета прошла по диску своей звезды 11 раз. Её состав оценили при помощи спектрального анализа, но у учёных пока нет ясности, составляет ли водный пар небольшую долю в богатой водородом атмосфере, или её атмосфера, напротив, преимущественно состоит из воды. За 6 млрд лет поблизости от родительской звезды водород мог выпариться из атмосферы, оставив её с водяным паром — эта гипотеза подтверждается тем, что вблизи GJ 9827d обнаружить водород не удалось. В противном случае это мини-нептун, то есть уменьшенная и горячая версия расположенного в Солнечной системе ледяного гиганта с плотной атмосферой из водорода и гелия. Или планета может напоминать увеличенную и, опять же, горячую версию Европы — спутника Юпитера, который, как предполагается, под толстой ледяной коркой скрывает в два раза больше воды, чем Земля.

Если же GJ 9827d обладает плотной атмосферой из водяного пара, то значит, что планета родилась дальше от своей звезды, где температура ниже, но впоследствии мигрировала к своей текущей позиции. В результате GJ 9827d подверглась сильному излучению своей звезды, которое превратило её лёд в жидкую воду и в водяной пар. Водород при таких условиях нагрелся бы и начал утекать из атмосферы из-за относительно невысокой гравитации планеты — возможно, эта утечка происходит до сих пор. Теперь GJ 9827d станет предметом изучения для более мощного космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST).

Учёные из Университета Уорика (University of Warwick) в ходе анализа данных космического телескопа TESS обнаружили 85 новых кандидатов в экзопланеты с подходящими для жизни условиями. Это означает, что все новые объекты находятся в так называемой обитаемой зоне своей звезды, где климатические условия позволяют воде оставаться жидкой. Эти открытия ещё предстоит подтвердить и, быть может, когда-то это приведёт к открытию инопланетной жизни.

Космический телескоп TESS. Источник изображений: NASA

К настоящему времени открыто свыше 5500 экзопланет. Телескоп TESS внёс свою лепту в эти открытия, охотясь за экзопланетами методом регистрации транзита — прохождения планеты перед диском родной звезды. Кратковременное снижение яркости звезды с определённым периодом позволяет рассчитать массу объекта (экзопланеты), его орбиту, размеры и, следовательно, плотность. Все эти данные позволяют с достаточной точностью выяснить, что за планету мы открыли и насколько она близка по характеристикам к Земле.

Объекту присваивается статус открытой экзопланеты только тогда, когда её размеры и орбита подтверждены двумя различными методами регистрации. Все 85 новых кандидатов пока найдены в данных TESS по транзитам, и они требуют подтверждения. Более того, все новые объекты заслоняли свои звёзды всего по два раза, тогда как уже подтверждённые экзопланеты делали это чаще. И чем чаще это происходит, тем надёжнее данные, а также тем ближе экзопланета находится к звезде, что, в свою очередь, плохо для развития жизни — там слишком жарко и сильная радиация.

Из 85 кандидатов на экзопланеты в обитаемой зоне 25 уже были обнаружены другими командами учёных, что лишний раз подтверждает повторяемость открытий. Но 60 кандидатов названы впервые. Все они находятся в собственных звёздных системах. Предварительные данные говорят, что только что открытые экзопланеты вращаются вокруг своих звёзд с периодом от 20 до 700 суток. Правда, все они больше Земли — от превышения на треть до нескольких десятков раз. Но в этом вина несовершенства наших приборов, которые пока неспособны зарегистрировать по-настоящему землеподобные планеты.

Статистика по открытым экзопланетам

Все новые кандидаты будут дополнительно изучаться для подтверждения и для уточнения данных по ним. Но уже сейчас понятно, что во Вселенной неисчислимое множество планет, и инопланетная жизнь просто по законам больших чисел не должна быть уникальной. Когда-нибудь мы её найдём, а хорошо это будет или плохо — это отдельный вопрос.

Большинство открытых экзопланет имеют устоявшиеся отношения с родительской звездой. Обычно это близкие к звезде планеты, ободранные излучением светила до какого-то стабильного состояния. Увидеть процесс взаимодействия звезды и близкой к ней экзопланеты на ранних стадиях процесса — это большая удача, что позволило бы воочию изучить эволюцию отношений. И такая планета обнаружена — это WASP-69 b в 160 световых годах от Земли.

«Экзопланета с хвостом» в представлении художника. Источник изображения: Adam Makarenko/W. M. Keck Observatory

Планета WASP-69 b была открыта ещё в 2018 году. Тогда астрономы заметили признаки гелия на удалении от планеты на её орбите. Группа учёных из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) решила заново проверить данные и воспользовалась для этого более мощным телескопом Обсерватории Кека на Гавайях.

Данные измерений показали, что за планетой WASP-69 b действительно тянется газовый хвост не короче семи диаметров планеты или примерно на 560 тыс. км. Моделирование показало, что атмосфера экзопланеты истекает в космос со скоростью 200 тыс. т в секунду. Одну земную массу WASP-69 b теряет примерно за каждые миллиард лет. Это планета-гигант — так называемый горячий юпитер — и подобные потери ей нестрашны.

«Мы подозреваем, что для большинства известных экзопланет период потери атмосферы давно закончился, — сказал соавтор исследования Эрик Петигура из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. — Система WASP-69 b — это драгоценный камень, потому что у нас есть редкая возможность изучать потерю массы в атмосфере в режиме реального времени, что ведёт к пониманию важнейших физических процессов, которые формируют тысячи других планет».

Экзопланета WASP-69 b совершает один оборот по орбите всего за 3,9 суток. Она очень близко расположена к своей звезде, и излучение центрального светила буквально сдувает с неё вещество. Этот процесс настолько сильный, что планета выглядит как комета. Вблизи это было бы грандиозное зрелище.