В атмосфере экзопланеты LHS 1140b обнаружен возможный признак жизни

Этим летом наука об экзопланетах — изучение планет, обращающихся вокруг звёзд за пределами Солнечной системы, — сделала большой шаг вперёд. Сообщения о гелии, утекающем из атмосферы LHS 1140b, вывели эту экзопланету со страниц научных журналов в основные средства массовой информации. Но за технической деталью скрывается нечто более важное: у планеты, возможно, есть вторичная атмосфера, а это одно из ключевых условий для существования жизни.

LHS 1140b обращается вокруг тусклой красной звезды в созвездии Кита, названного в честь похожего на кита морского чудовища из греческой мифологии, и находится рядом с легко узнаваемой буквой «W» созвездия Кассиопеи. Но не стоит напрягать зрение: звезда выглядит примерно в 10 000 раз тусклее самой слабой звезды, которую можно увидеть невооружённым глазом.

Эта экзопланета представляет особый интерес, потому что это потенциально каменистый мир в «обитаемой зоне» своей звезды. Это означает, что температура на её поверхности может допускать существование жидкой воды. Вполне возможно, что она способна поддерживать жизнь.

Что означает присутствие гелия

Предыдущие наблюдения LHS 1140b с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» исключили наличие богатой водородом атмосферы — так называемой «первичной» атмосферы, которая, как считается, формируется одновременно 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 Земле наша вторичная атмосфера существует миллиарды лет, и её химический баланс отражает совокупное действие геологии, химии и в конечном счёте жизни.

Сверхземля или мини-Нептун

LHS 1140b обращается вокруг красного карлика, масса которого составляет около одной пятой массы нашего Солнца, но который примерно в 300 раз тусклее. Однако при наблюдении с Земли яркость звезды регулярно снижается каждые 24,7 дня. По величине этого снижения учёные из группы, открывшей планету в 2017 году, оценили её размер в 1,7 раза больше Земли. Последующие наблюдения показали, что масса планеты лишь немногим превышает пять масс Земли.

Такие «сверхземли» относятся к наименее массивным планетам, которые мы можем обнаружить в настоящее время, и представляют собой одни из лучших кандидатов для поиска жизни за пределами Солнечной системы. Но точная классификация таких миров создаёт проблему для астрономов. В нашей собственной Солнечной системе следующая по величине планета после Земли — Уран, масса которого в 14 раз превышает земную. Затем идёт Нептун с массой в 17 земных.

Так является ли LHS 1140b сверхземлёй или мини-Нептуном? Однозначного ответа нет, главным образом потому, что у нас мало примеров таких миров поблизости. Этот пробел в наших знаниях о планетной физике является насущным, поскольку такие субнептуновые миры, по-видимому, представляют собой самый распространённый тип планет.

Каменистая экзопланета, похожая на Землю, с обнаружимой атмосферой в обитаемой зоне даже тусклой красной звезды стала бы крупным научным открытием из-за её потенциальной способности поддерживать жизнь. Однако, как и во всех передовых исследованиях, дьявол кроется в деталях.

Может ли LHS 1140b поддерживать внеземную жизнь

Изучение атмосфер экзопланет — одна из самых захватывающих областей современной астрономии. Начавшись 150 лет назад, исследования внешних газовых оболочек звёзд — звёздных атмосфер — дали толчок науке, которую сегодня называют астрофизикой. Подобным образом изучение атмосфер их планет может привести к ответу на вопрос: поддерживают ли они внеземную жизнь?

Как уже упоминалось, LHS 1140b представляет особый интерес, поскольку находится в «обитаемой зоне» своей звезды и может иметь температуру поверхности от 0 до 100 градусов Цельсия, что допускало бы существование жидкой воды, а значит, и возможной жизни на её поверхности.

Однако с такими терминами нужно обращаться осторожно. Если LHS 1140b поглощает всё звёздное излучение, падающее на неё, то её равновесная температура составила бы минус 30 градусов Цельсия — на первый взгляд холодно, но вполне в пределах диапазона, где парниковый эффект плотной атмосферы мог бы согреть планету до более мягких температур. Однако при более реалистичном математическом описании планеты LHS 1140b может оказаться столь холодной, как минус 90 градусов Цельсия, что сопоставимо с современным Марсом.

Осторожный и неоднозначный результат

Это лишь второй случай, когда астрономы уловили хотя бы намёк на атмосферу вокруг отдалённо похожей на Землю планеты. Впервые это произошло с экзопланетой Глизе 1214b.

Подобно самой предполагаемой атмосфере, результат этот осторожный и неоднозначный. Второе наблюдение планеты в рамках исследования не показало присутствия гелия. Почему так — остаётся неясным. Кроме 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 — спектроскопии атмосфер потенциально обитаемых миров. И не следует забывать, что этот единственный шаг вперёд стал результатом многолетних целенаправленных усилий научной группы, ответственной за работу. За это они заслуживают признания, уважения и будущего финансирования.

Природа научит нас правилам

А что же с более высокой целью — обнаружением жизни на таких мирах по следам газов в их атмосферах? Какие потенциально биогенные молекулы дадут однозначное доказательство жизни — так называемую «дымящуюся пушку»? Может быть, ответ кроется в нашей собственной атмосфере, обогащённой молекулами кислорода и метана?

Ответ, который может показаться разочаровывающим тем, кто нетерпеливо ждёт дальнейших открытий, состоит в том, что гораздо более ясная картина сложится после наблюдения тысяч атмосфер экзопланет, а не одной или двух. Нужно, чтобы природа сама научила нас правилам, по которым работают планетные атмосферы, и эта работа только началась.

Но если путь в тысячу планет начинается с одного шага, то недавние наблюдения LHS 1140b стали вторым шагом. Путь начат.