Космический телескоп Джеймса Уэбба может определить, пригодна ли обитаемая поблизости экзопланета

Что нужно, чтобы превратить обитаемую планету в мир, более похожий на Венеру?

Скалистая экзопланета, вращающаяся вокруг красной карликовой звезды на расстоянии 98 световых лет, может хранить секрет о том, насколько вероятно, что такие планеты, как Земля, превратится в негостеприимные миры, такие как Венера.

Экзопланета под названием LP 890-9c (также известная как SPECULOOS-2c) была обнаружена в сентябре 2022 года. Он имеет диаметр на 40% больше, чем у Земли, и вращается вокруг своей звезды каждые 8,5 земных дней на расстоянии всего 1,7 миллиона миль (2,8 миллиона километров). Красный карлик, однако, маленький и прохладный, что означает, что температура может быть клементом даже близко к звезде. Действительно, LP 890-9c расположен недалеко от внутреннего края обитаемой зоны звезды, что описывает расстояние вокруг звезды, где планета с атмосферой, похожей на Землю, может поддерживать жидкую воду на своей поверхности.

Новое исследование под руководством Лизы Калтенеггер, директора Института Карла Сагана в Корнеллском университете, смоделировало возможные климатические и атмосферные состояния, в которых может находиться LP 890-9c, и то, как космический телескоп Джеймса Уэбба может различать их.

Положение LP 890-9c в его планетарной системе аналогично расположению Венеры в нашей Солнечной системе, которая также находится на внутреннем краю обитаемой зоны. В принципе, планета на месте Венееры может оставаться пригодной для жизни, но в какой-то момент своей 4,5-миллиардной истории Венера оказалась в ловушке в петле обратной связи убегающего парникового эффекта. Любая вода, которая когда-то была у Венеры на ее поверхности, закипела, и планета осталась с густой атмосферой углекислого газа.

Однако не все планеты на внутреннем краю обитаемой зоны обязательно будут развиваться так же, как у Венеры. Во-первых, Венера не имеет собственного магнитного поля для отсечения солнечного ветра, потока заряженных частиц, стекащих от солнца. Это облегчило солнечному ветру удаление атомов водорода, которые были отделены от молекул воды ультрафиолетовым светом от солнца, тем самым истощая планету воды. Если LP 890-9c имеет сильное магнитное поле, он может отогулить звездный ветер своей звезды и удерживать водяной пар в своей атмосфере.

"Глядя на эту планету, мы расскажем, что происходит на внутреннем краю обитаемой зоны - как долго скалистая планета может поддерживать обитаемость, когда становится жарко", - сказал Калтенеггер в своем заявлении.

Команда Кальтенеггера смоделировал планету на основе ее массы и радиуса, которые астрономы измерили. Модели также включали предположения о химическом составе планеты, ее температуре поверхности и давлении, глубине ее атмосферы и количестве присутствующих облаков. Эти последние факторы в настоящее время неизвестны. Действительно, планета может быть безвоздушной и кратерной для всего, что мы знаем, что является большой вероятностью, учитывая, что красные карлики часто склонны к сильным вспышкам, которые могут лишить атмосферу из близлежащего орбитального мира.

Команда выпустила пять различных моделей, описывающих, каким может быть LP 890-9c. Они варьировались от планеты, похожей на Землю, но более горячей, через различные степени содержания водяного пара в атмосфере и уровни парниковых эффектов, кульминацией чего стала окончательная модель, напоминающая адскую Венеру с ее удушающим углекислым газом.

Отдельное исследование, проведенное Джонатаном Гомесом Баррьентосом из Калифорнийского технологического института, показывает, что JWST нужно будет наблюдать только три транзита LP 890-9c через поверхность звезды-хозяина, чтобы подтвердить парную, богатую водой атмосферу; восемь транзитов, чтобы собрать достаточно данных, чтобы определить, похож ли LP 890-9c на Венеру; и 20 транзитов, чтобы найти доказательства все еще пригодного для жизни сценария горячей Земли. Поскольку планета проходит через свою звезду каждые 8,5 земных дней, измерения в принципе могут занять всего шесть месяцев.

"Эта планета - первая цель, где мы можем протестировать эти различные сценарии", - сказал Калтенеггер. "Если это все еще более горячая Земля - горячая, но с жидкой водой и условиями для жизни - то внутренний край обитаемой зоны

JWST не может напрямую обнаружить воду на поверхности планеты, но он может определить, будет ли состав атмосферы соответствовать наличию жидкой воды.

Даже если LP 890-9c окажется слишком горячим для жизни, результаты могут научить нас судьбе нашей собственной планеты, Земли. По мере старения солнца оно будет неуклонно становиться ярче и теплее; примерно через миллиард лет оно сделает Землю слишком горячей для жизни, чтобы выжить, и океаны испарятся. Изучение другой планеты, кроме Венеры, которая уже прошла эту фазу или, возможно, даже сопротивлялась ей на данный момент, поможет нам рассказать о собственном будущем Земли.

"Это научит нас чему-то фундаментальному о том, как развиваются скалистые планеты с увеличением звездного света и о том, что однажды случится с нами и Землей", - сказал Кальтеггер.