В поисках пригодных для жизни экзопланет атмосферные условия играют ключевую роль в определении возможности существования жидкой воды на планете. Подходящие кандидаты часто находятся в «зоне Златовласки» — на таком расстоянии от своей звезды, которое не позволяет жидкой воде испариться или замёрзнуть.
С запуском космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) астрономы получают более точные данные об атмосферах экзопланет, что поможет определить, какие экзопланеты являются хорошими кандидатами для дальнейшего изучения.
В статье, опубликованной сегодня в The Astrophysical Journal Letters, астрономы использовали JWST для более детального изучения атмосферы экзопланеты TRAPPIST-1e, расположенной в системе TRAPPIST-1.
Хотя они не нашли окончательных доказательств того, из чего она состоит, или даже наличия атмосферы, они смогли исключить несколько возможностей.
«Идея заключается в следующем: если мы предположим, что планета не безвоздушная, можем ли мы ограничить различные сценарии атмосфер? Позволяют ли эти сценарии наличие жидкой воды на поверхности?» — говорит Ана Глидден, постдок в Массачусетском технологическом институте (MIT) и первый автор статьи.
Ответы, которые они получили, — да. Новые данные исключают атмосферу, в которой преобладает водород, и устанавливают более строгие ограничения на другие атмосферные условия, которые обычно создаются в результате вторичного образования, например, вулканических извержений и выделения газов из недр планеты. Данные были достаточно согласованы, чтобы всё ещё допускать возможность существования поверхностного океана.
«TRAPPIST-1e остаётся одной из наших наиболее перспективных планет в обитаемой зоне, и эти новые результаты приближают нас к пониманию того, какой это мир», — говорит Сара Сигер, профессор планетологии MIT и соавтор исследования. «Доказательства, указывающие на то, что атмосферы, похожие на венерианскую или марсианскую, маловероятны, заостряют наше внимание на всё ещё рассматриваемых сценариях».
Соавторы исследования также включают сотрудников Университета Аризоны, Университета Джона Хопкинса, Мичиганского университета, Научного института космического телескопа и членов команды JWST-TST DREAMS.
Атмосферы экзопланет изучаются с помощью метода, называемого трансмиссионной спектроскопией. Когда планета проходит перед своей звездой, звёздный свет фильтруется через атмосферу планеты. Астрономы могут определить, какие молекулы присутствуют в атмосфере, наблюдая за изменениями света на разных длинах волн.
«У каждой молекулы есть спектральный отпечаток пальца. Вы можете сравнить свои наблюдения с этими отпечатками, чтобы выяснить, какие молекулы могут присутствовать», — говорит Глидден.
JWST имеет более широкий охват длин волн и более высокое спектральное разрешение, чем его предшественник, космический телескоп Хаббла, что позволяет наблюдать такие молекулы, как углекислый газ и метан, которые чаще встречаются в нашей Солнечной системе. Однако улучшенные наблюдения также высветили проблему звёздной контаминации, когда изменения температуры звезды-хозяина из-за таких явлений, как солнечные пятна и солнечные вспышки, затрудняют интерпретацию данных.
«Звёздная активность сильно мешает интерпретации данных о планете, потому что мы можем наблюдать потенциальную атмосферу только через звёздный свет», — говорит Глидден. «Сложно отделить сигналы, поступающие от звезды, от сигналов, исходящих от самой планеты».
Исследователи использовали новый подход для учёта звёздной активности, и в результате «любой сигнал, который вы можете увидеть, варьирующийся от визита к визиту, скорее всего, исходит от звезды, в то время как всё, что является постоянным между визитами, скорее всего, является планетой», — говорит Глидден.
Затем исследователи смогли сравнить результаты с несколькими различными возможными атмосферными сценариями. Они обнаружили, что атмосферы, богатые углекислым газом, подобные атмосферам Марса и Венеры, маловероятны, в то время как тёплая, богатая азотом атмосфера, подобная атмосфере спутника Сатурна Титана, остаётся возможной. Однако доказательства слишком слабы, чтобы определить, была ли какая-либо атмосфера, не говоря уже об обнаружении конкретного типа газа. Дополнительные текущие наблюдения, которые уже проводятся, помогут сузить возможности.
«С нашими первоначальными наблюдениями мы продемонстрировали преимущества, достигнутые с помощью JWST. Наша последующая программа поможет нам ещё больше уточнить наше понимание одной из наших лучших планет в обитаемой зоне», — говорит Глидден.
Предоставлено Массачусетским технологическим институтом.