Суперземля LHS 1140b сохраняет газовую оболочку из гелия, несмотря на мощное излучение своей звезды
Наука и космос159 минут назад
Международная команда астрономов впервые выявила атмосферу у каменистой экзопланеты, находящейся в обитаемой зоне своей звезды. Объектом исследования стала суперземля LHS 1140b, расположенная на расстоянии 48 световых лет (14,96 парсека) от Земли. Эта планета вращается вокруг старого красного карлика, чей возраст превышает 3 миллиарда лет.
До этого момента Земля оставалась единственной каменистой планетой с доказанной газовой оболочкой.
Ведущий автор исследования Коллин Черубим (Collin Cherubim) использовал свою разработанную модель эволюции атмосфер, которая предсказывала наличие гелиевых атмосфер у экзопланет. Для проверки этой гипотезы учёные провели спектроскопические наблюдения в ближнем инфракрасном диапазоне с использованием спектрографа на оптическом телескопе имени Магеллана «Клэй». В 2024 году приборы зафиксировали линию поглощения на длине волны 10 833 ангстрем, соответствующую метастабильному гелию. Глубина поглощения составила 1,24%, что указывает на обширную газовую оболочку, радиус непрозрачного слоя которой в 1,52 раза больше радиуса самой планеты.
Анализ данных показал сложную структуру рассеянного газа. Учёные обнаружили предшествующий газовый хвост, который фиксировался до начала транзита планеты с глубиной поглощения 1,01%. Это явление связывали с взаимодействием планетарного газа со звёздным ветром или магнитными полями. Также были замечены признаки последующего газового шлейфа. Однако в 2025 году поглощение гелия не было обнаружено. Такая изменчивость указывает на резкие колебания скорости утраты атмосферы, вызванные изменениями звёздного потока рентгеновского и экстремального ультрафиолетового излучения или колебаниями температуры верхних слоёв атмосферы.
Суперземля LHS 1140b имеет радиус 1,73 радиуса Земли, а её масса в 5,6 раз превышает земную. Из-за таких характеристик сила тяжести на планете почти вдвое больше, чем на Земле. Экзопланета находится в приливном захвате, что означает, что она всегда обращена к звезде одной стороной, из-за чего на ней существуют постоянные дневное и ночное полушария. Орбитальный период планеты составляет 24,7 дня. Она получает около 42% от объёма солнечной энергии, поступающей на Землю, что обеспечивает её равновесную температуру на уровне 226 кельвинов (-47 градусов Цельсия).
Утечка атмосферных газов происходит в виде гидродинамического оттока, вызванного нагревом от звёздного ультрафиолетового и рентгеновского излучения. Скорость потери массы оценивается в диапазоне от 0,67 × 10^8 до 1,14 × 10^8 граммов в секунду. Верхние слои атмосферы практически полностью лишены водорода, а соотношение водорода к гелию составляет около 10^-3. Лёгкий водород улетучился быстрее под воздействием радиации, оставив после себя гелиевую оболочку. Скорость утечки гелия оказалась недостаточной, чтобы унести за собой более тяжёлые элементы с массой свыше 9 атомных единиц. По этой причине углерод, азот и кислород должны накапливаться в нижних слоях атмосферы.
Сохранению плотных слоёв способствует холодная ловушка для воды. При равновесной температуре планеты водяной пар конденсируется на уровне тропопаузы, где температура снижается до 194 кельвинов (-79 градусов Цельсия). Это блокирует попадание воды в верхние слои атмосферы и защищает её от фотодиссоциации (распада молекул под действием света) с последующей потерей водорода. Модели показывают, что под «гелиевым щитом» планета может удерживать от 9% до 19% воды от своей общей массы. Учёные пока не могут с уверенностью сказать, является ли поверхность каменистой или покрыта глобальным океаном, но нижняя атмосфера потенциально способна накапливать углекислый газ, водяной пар и кислород.
Результаты исследования подтверждают концепцию «космической береговой линии» — границы, определяющей способность экзопланет удерживать газовую оболочку в зависимости от уровня звёздного облучения. Система LHS 1140 полностью соответствует этой теории: в то время, как LHS 1140b сохраняет атмосферу, внутренняя планета LHS 1140c с массой 1,91 и радиусом 1,272 от земных параметров, получающая в 5 раз больше радиации и совершающая оборот за 3,78 дня, лишилась своей атмосферы. Сопоставление новых данных с архивными наблюдениями космических телескопов «Джеймс Уэбб» и «Хаббл» позволяет проводить ключевые проверки теории пригодности каменистых экзопланет для жизни вне Солнечной системы.
Darth SaharaИсточники:https://www.science.org/doi/10.1126/science.aea9708Наука и космос1КосмосАстрономияЭкзопланетыОбитаемая зонаЖизнь во Вселенной59 минут назад
Источник