Нове дослідження з використанням даних космічного телескопа Спітцер дає рідкісне уявлення про умови на поверхні скелястої планети, що обертається навколо зірки - червоного карлика.
Дослідження, опубліковане в журналі Nature, показує, що поверхня планети може нагадувати поверхню Місяця або Меркурія: планета, ймовірно, практично не має атмосфери і може бути покрита тим же охолодженим вулканічним матеріалом, який знаходиться в темних областях Місяця.
Виявлена в 2018 році космічним телескопом TESS, планета LHS 3844b розташована в 48,6 світлових років від Землі і має радіус в 1,3 рази більше радіусу Землі. Вона обертається навколо невеликої зірки, званої M-карликом, що особливо примітно, оскільки, як найбільш поширений і довгоживучий тип зірки в галактиці Чумацький Шлях, M-карлики можуть містити великий відсоток від загального числа планет в галактиці.
TESS виявив планету за допомогою методу транзиту, який включає в себе виявлення, коли спостережуване світло батьківської зірки тьмяніє через планету, що обертається між зіркою і Землею. Детектувати світло безпосередньо від поверхні планети - складно, тому що зірка набагато яскравіше і заглушає світло планети.
Але під час наступних спостережень телескоп Спітцер зміг виявити світло від поверхні LHS 3844b. Планета здійснює один повний оборот навколо своєї батьківської зірки всього за 11 годин. З такою вузькою орбітою, LHS 3844b, швидше за все, постійно звернена одній стороні до зірки.
Температура на денному боці становить близько 770 градусів за Цельсієм. Будучи надзвичайно гарячою, планета випромінює багато інфрачервоного світла, а Спітцер - інфрачервоний телескоп. Батьківська зірка планети є відносно прохолодною (хоча все ще набагато більш гарячою, ніж планета), що робить можливим пряме спостереження за ^ LHS 3844b.
Це спостереження знаменує собою перший випадок, коли дані Спітцера змогли надати інформацію про атмосферу земного світу, що обертається навколо М-карлика.
Вимірюючи різницю температур між гарячою і холодною сторонами планети, вчені виявили, що між ними передається незначна кількість тепла. Якби була присутня атмосфера, гаряче повітря в денний час природним чином розширювалося б, створюючи вітри, які передавали б тепло навколо планети. У кам'янистому світі, де майже немає атмосфери, наприклад, на Місяці, немає повітря для передачі тепла.
«Температурний контраст на цій планеті настільки великий, наскільки це можливо», - говорить Лаура Крейдберг, дослідник Гарвардського і Смітсонівського центрів астрофізики в Кембриджі, провідний автор нового дослідження. «Це чудово поєднується з нашою моделлю голого каменю без атмосфери».
Розуміння факторів, які можуть зберегти або зруйнувати атмосферу планет, є частиною того, як вчені планують шукати середовище проживання за межами нашої сонячної системи. Атмосфера Землі є причиною, через яку рідка вода може знаходиться на поверхні, забезпечуючи існування життя. З іншого боку, атмосферний тиск Марса зараз становить менше 1% від земного, і океани і річки, які колись були на поверхні Червоної планети, зникли.
«У нас є багато теорій про те, як атмосфери планет розвиваються навколо M карликів, але ми не могли вивчити їх емпірично», - говорить Лаура Крейдберг. «Тепер, з LHS 3844b, у нас є планета земного типу за межами нашої сонячної системи, де ми вперше можемо спостерігати, що атмосфери там немає».
У порівнянні з подібними Сонцю зірками, M-карлики випромінюють ультрафіолетове світло високого рівня (хоча в цілому менше світла), який шкідливий для життя і може зруйнувати атмосферу планети. Вони особливо активні в молодості, генеруючи велику кількість спалахів радіації та частинок, які можуть знищувати планетні атмосфери, що зароджуються.
Спостереження Спітцера виключили атмосферу на LHS 3844b з більш ніж 10-разовим тиском Землі. (вимірений в одиницях, званих барами, атмосферний тиск Землі на рівні моря становить близько 1 бару.) Атмосфера між 1 і 10 барами на LHS 3844b також була майже повністю виключена, хоча автори відзначають, що є невеликий шанс, що вона може існувати, якщо зіркові і планетарні властивості будуть відповідати деяким дуже специфічним і малоймовірним критеріям.
Вчені також стверджують, що з планетою, розташованою так близько до зірки, тонка атмосфера буде видалена інтенсивним випромінюванням зірки і відтоком речовини (часто званої зоряними вітрами).
«Я все ще сподіваюся, що інші планети навколо М-карликів зможуть зберегти свою атмосферу», - говорить Лаура Крейдберг. «Земні планети в нашій сонячній системі надзвичайно різноманітні, і я очікую, що те ж саме буде справедливо для систем екзопланет».