Внеземная жизнь? Почему возможность обнаружения гелия в атмосфере экзопланеты LHS 1140b так волнует учёных

Этим летом наука об экзопланетах — изучение планет, обращающихся вокруг звёзд за пределами нашего Солнца, — сделала большой шаг вперёд. Сообщения о гелии, утекающем из атмосферы LHS 1140b, вывели эту экзопланету со страниц научных журналов в основные СМИ.

LHS 1140b обращается вокруг тусклой красной звезды в созвездии Кита — названного в честь похожего на кита морского чудовища из греческой мифологии — и прямо рядом с легко узнаваемой «W» созвездия Кассиопеи. Но не щурьтесь — она кажется примерно в 10 000 раз тусклее самой слабой звезды, которую вы можете увидеть невооружённым глазом.

Эта экзопланета представляет особый интерес, потому что это потенциально каменистый мир в «обитаемой зоне» своей звезды. Это означает, что у неё может быть температура, допускающая жидкую воду на поверхности.

Возможно, она могла бы поддерживать существование жизни.

Что означает присутствие гелия?

Предыдущие наблюдения LHS 1140b с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» исключили существование богатой водородом атмосферы — так называемой «первичной» атмосферы, которая, как считается, формируется вместе с молодыми планетами и вскоре теряется в космосе.

Астрономы полагают, что все каменистые планеты могут обладать первичной атмосферой, а затем терять её вскоре после формирования. Это короткая, переходная фаза в их истории.

Однако сообщение о наблюдении гелия может указывать на «вторичную» атмосферу, которая считается более стабильной и долгоживущей. Вторичные атмосферы сохраняются вокруг своих планет и могут изучаться астрономами.

На планете Земля наша вторичная атмосфера существует миллиарды лет, и её химический баланс отражает совокупные эффекты геологии, химии и, в конечном счёте, жизни.

Сверхземля или мини-Нептун?

LHS 1140b обращается вокруг красного карлика примерно в одну пятую массы нашего Солнца, но примерно в 300 раз более тусклого. Однако, если смотреть с Земли, звезда тускнеет с регулярным падением яркости каждые 24,7 дня.

По размеру падения яркости учёные из команды, обнаружившей планету в 2017 году, оценили её как в 1,7 раза больше Земли. Последующие наблюдения показали, что планета чуть более чем в пять раз больше Земли.

Такие «сверхземли» — среди наименее массивных планет, которые мы можем обнаружить в настоящее время, и представляют собой одни из лучших кандидатов для обнаружения жизни за пределами нашей Солнечной системы. Но точная классификация таких миров представляет проблему для астрономов.

В нашей собственной Солнечной системе следующая по величине планета после Земли — Уран, равный 14 Землям. Затем идёт Нептун с 17 массами Земли.

Так LHS 1140b — это сверхземля или мини-Нептун? Мы мало знаем, главным образом потому, что у нас нет примеров таких миров поблизости. Это слепое пятно в наших знаниях о планетной физике является насущным, поскольку такие субнептуновые миры, по-видимому, являются наиболее распространённым типом планет.

Каменистая экзопланета, похожая на Землю, с обнаружимой атмосферой в обитаемой зоне даже тусклой красной звезды была бы крупным научным открытием из-за потенциала для жизни на ней. Однако, как и во всех передовых науках, дьявол кроется в деталях.

Может ли LHS 1140b поддерживать внеземную жизнь?

Изучение атмосфер экзопланет — одна из самых захватывающих областей современной астрономии. Начиная 150 лет назад, исследования внешних газовых оболочек звёзд — звёздных атмосфер — дали толчок науке, которую мы сегодня называем астрофизикой.

Аналогичным образом, изучение атмосфер их планет может привести к ответу на вопрос: поддерживают ли они внеземную жизнь?

Как упоминалось, LHS 1140b представляет особый интерес, потому что она находится в «обитаемой зоне» своей звезды и может иметь температуру поверхности между 0 °C и 100 °C, что могло бы допустить существование жидкой воды — и возможной жизни — на её поверхности.

Однако с такими терминами нужно обращаться осторожно. Если LHS 1140b поглощает всё падающее на неё звёздное излучение, то она достигла бы равновесной температуры -30 °C — казалось бы, холодно, но вполне в пределах диапазона, где парниковый эффект плотной атмосферы мог бы нагреть планету до более мягких температур.

Однако если попытаться применить более реалистичную математическую обработку планеты, то LHS 1140b может быть холодной как -90 °C, что сравнимо с современным Марсом.

Хрупкий, неоднозначный результат

Это лишь второй раз, когда астрономы уловили даже намёк на атмосферу вокруг отдалённо похожей на Землю планеты. В первый раз это была экзопланета Глизе 1214b.

Подобно предполагаемой атмосфере, результат хрупок и неоднозначен. Второе наблюдение планеты в рамках исследования не показало присутствия гелия. Почему это так, мы остаёмся не уверены.

Более того, числа, лежащие в основе расчётов поверхностных условий на LHS 1140b, включают значительные, непроверенные допущения.

И всё же это прогресс, пусть и постепенный, на пути к цели атмосферной спектроскопии потенциально обитаемых миров. И не будем забывать, что этот единственный шаг вперёд стал результатом многих лет самоотверженных усилий научной команды. За это они заслуживают признания, уважения и будущего финансирования.

Природа научит нас правилам

А что насчёт более высокой цели — обнаружения жизни на таких мирах по следам газов в их атмосферах? Какие потенциально биогенные молекулы дадут недвусмысленное доказательство — так называемую «дымящуюся пушку» — жизни?

Может ли ответ лежать в нашей собственной атмосфере, обогащённой молекулами кислорода и метана?

Мой собственный ответ, возможно, разочаровывающий для тех, кто нетерпелив в отношении дальнейших открытий, состоит в том, что у нас, вероятно, будет гораздо более ясная картина, когда мы пронаблюдаем тысячи атмосфер экзопланет, а не одну или две. Нам нужно, чтобы природа научила нас правилам, по которым работают планетные атмосферы, и эта работа только началась.

Но если путешествие в тысячу планет начинается с одного шага, то с этими недавними наблюдениями LHS 1140b мы только что сделали наш второй. Путешествие продолжается.