Вспышки звезд, особенно активных красных карликов, могут существенно изменять климат и химический состав атмосфер экзопланет. К такому выводу астрономы пришли, смоделировав воздействие космической погоды на миры, подобные TRAPPIST-1e, и показав, почему это важно для оценки их обитаемости и поиска признаков жизни.
На изображение красный карлик TRAPPIST-1, вокруг которой обращается множество скалистых экзопланет, три из которых находятся в зоне потенциальной обитаемости. / © NASA
Звезды, особенно молодые и активные, регулярно выбрасывают в космос мощные потоки энергии и частиц, подобно нашему Солнцу. Такие события, называемые космической погодой, могут нагревать или разрушать атмосферы обращающихся вокруг светил планет, изменяя их химический состав. До сих пор эти эффекты изучали с помощью упрощенных одномерных моделей.
Теперь международная группа астрономов из Центра космических полетов NASA имени Годдарда и Флоридского технологического института (США) впервые применила трехмерные модели циркуляции атмосферы с учетом фотохимических процессов — и показала влияние вспышек звезд на климат потенциально обитаемых планет. Текст научной работы размещен на сервере препринтов Корнеллского университета.
Исследователи под руководством Говарда Чена (Howard Chen) смоделировали планету, похожую на TRAPPIST-1e — потенциально обитаемый мир в системе красного карлика TRAPPIST-1, расположенной в 40 световых годах от Земли. Эта планета, предположительно, находится в так называемом приливном захвате (или синхронном вращении), то есть всегда повернута одной стороной к родительской звезде, как Луна к Земле. Впервые приливной захват у экзопланеты зафиксировали в 2024 году.
Модель позволила рассмотреть, как серия вспышек и протонных штормов (Solar particle event, SPE) различной интенсивности повлияла на температуру, химический состав и циркуляцию атмосферы экзопланеты. Результаты показали, что космическая погода способствовала резким изменениям температуры и химического состава атмосферы на разных высотах и в разных регионах смоделированного мира.
Наиболее мощные вспышки привели к каскадным климатическим изменениям: верхние слои атмосферы охлаждались за счет активного излучения молекул, таких как оксид азота (NO) и углекислый газ (CO₂), а в средней и нижней атмосфере, напротив, шло потепление. Это, по мнению астрономов, связано с ростом концентраций водяного пара и закиси азота (N₂O) — мощных парниковых газов, способных изменить тепловой баланс планеты.
Модель также выявила усиление ветров и ассиметричное перераспределение тепла между дневной и ночной сторонами планеты. Но особенно тревожным оказался эффект для озонового слоя: в некоторых сценариях последний практически полностью разрушался, лишая атмосферу защиты от ультрафиолетового излучения звезды (что усложняет потенциальное существование жизни).
Более того, звездные вспышки могут оказывать влияние на концентрацию газов, которые астрономы считают индикаторами возможной жизни (биосигнатуры): например, увеличивать содержание воды или азотистых соединений, а также маскировать признаки жизни. Это создает дополнительную неопределенность при интерпретации данных, полученных с помощью телескопов последнего поколения, включая космическую обсерваторию «Джеймс Уэбб» и космический телескоп Habitable Worlds Observatory (HWO), который планируют запустить в 2040-х годах.
Полученные результаты подчеркивают, что для поиска обитаемых экзопланет нужно учитывать не только их орбитальное положение в потенциально обитаемой зоне, но и активность родительской звезды. Это особенно верно в отношении красных карликов, вокруг которых обнаружено множество потенциально обитаемых миров.
