• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
11.09.2019
Александр Березин
10 628

На потенциально обитаемой планете впервые обнаружили водяной пар

Наличие воды в атмосфере далекой планеты, к сожалению, не означает, что она пригодна для жизни земного типа, но сам факт открытия показывает: найти пригодные для жизни миры можно уже при сегодняшнем технологическом уровне телескопов.

csm_kb-18_cd2d8331d8
©Wikipedia

Астрономы из Университетского колледжа Лондона (Великобритания) использовали космический телескоп «Хаббл», чтобы проанализировать состав атмосферы планеты K2-18b, которая находится в 110 световых годах от нас. Они выяснили, что у этой суперземли в атмосфере есть водяной пар и, скорее всего, небольшие количества гелия и водорода.

 

Поскольку планета находится в зоне обитаемости, то есть получает от своей звезды примерно столько же энергии, что и Земля, водяной пар в ее газовой оболочке может указывать на ее пригодность для жизни. В то же время ряд факторов серьезно снижает вероятность такого сценария. Ученые отмечают, что запуск космического телескопа «Джеймс Уэбб» уже в ближайшие годы позволит значительно лучше понять, может ли K2-18b быть обитаемой.

 

Водяной пар в атмосфере суперземли: почему это так важно?

 

K2-18b – одна из двух известных планет звезды K2-18, расположенной в 110 световых годах от Земли. Эту звезду, а также планеты ее системы, обнаружили в 2015 году с помощью космического телескопа «Кеплер» во время второй части своей миссии (откуда и К2 в названии). Как и другие планеты, найденные «Кеплером», K2-18b открыта транзитным методом, по уменьшению яркости ее звезды в тот момент, когда планета проходит между своим светилом и земным телескопом. Естественно, плоскость вращения многих экзопланет не позволяет наблюдать их с Земли транзитно, но если это все же случилось, можно попробовать узнать состав атмосферы подобного объекта.

 

Чтобы сделать это, нужно выяснить, излучение каких именно длин волн звезды K2-18 сильнее всего падает в момент, когда ее частично заслоняет ее планета K2-18b. Если у планеты совсем нет атмосферы, то при ее транзите свет от всех длин волн будет снижаться в одинаковой мере. А вот при наличии атмосферы картина станет иной: одни молекулы хорошо поглощают в одном диапазоне, другие – в другом. К сожалению, существующие космические телескопы имеют камеры, регистрирующие ИК-излучение только волн определенной длины, поэтому полную картину состава газовой оболочки иной планеты сходу нарисовать сложно.

 

В спектрах поглощения K2-18b хорошо виден пик поглощения инфракрасного излучения с длиной волны 1,4 микрометра, типичный для водяного пара

 

Авторы новой работы использовали данные камеры WFC3 космического телескопа «Хаббл», регистрирующей инфракрасное излучение с длиной волны 1,0-1,7 микрометра. Такие волны большинство газов поглощают слабо, но водяной пар, водород и гелий именно в этом диапазоне — довольно сильно. Поэтому, если во время транзита K2-18b излучение в узких полосах внутри диапазона 1,0-1,7 микрометра будет падать сильнее, чем в других полосах того же диапазона, можно будет говорить о том, что там есть вода. 

 

Исследователи объединили данные восьми сеансов наблюдения K2-18b «Хабблом» и с вероятностью выше 0,9973 установили, что в ее атмосфере есть полосы поглощения молекул воды и, вероятно, водорода и гелия. Количество водяного пара в атмосфере этой планеты как минимум 0,01-12,5 % от общей массы газовой оболочки, а в теории может доходить до 50 %. Для сравнения: на Земле содержание водяного пара – 0,25 % массы атмосферы. То есть на K2-18b водяной пар не просто есть (благо, он есть и в атмосфере Марса), но его значение сопоставимо с его показателем на Земле, а, может, даже больше.

 

Это очень важно, поскольку наличие водяного пара в атмосфере практически обязательное условие обитаемой планеты земного типа. Бесспорно, тело близких к Земле размеров может иметь в газовой оболочке водяной пар и быть при этом необитаемым, но вот быть обитаемым без значительных количеств водяного пара оно, как считается, не может.

 

Авторы новой работы попробовали выяснить и то, как именно может быть «устроена» атмосфера планеты в целом. Для этого они смоделировали поглощение излучения звезды K2-18 ее планетой при транзите в трех сценариях. В первом из них атмосфера изучаемой суперземли состояла в основном из водяного пара (20-50 %), водорода и гелия. Во втором – в основном из азота, с умеренным количеством водяного пара и легких газов, как на Земле. В третьем – планету покрывал сплошной слой облаков. К сожалению, согласно моделированию, все три случая оказались почти одинаково вероятными (разница выходила за пределы статистической погрешности). Чтобы разобраться в том, какой из них верен, нужны наблюдения более совершенных телескопов: «Хаббл», при всех своих плюсах, телескоп из XX века, и технически его камеры далеко не самые лучшие.

 

Может ли K2-18b быть необитаемой, несмотря на следы воды?

 

Авторы работы отмечают, что гарантировать обитаемость изученной ими планеты сложно. Сегодня среди астрономов идет острая дискуссия о том, пригодны ли планеты у красных карликов для жизни земного типа. Основной аргумент противников обитаемости таких тел прост: красные карлики дают частые и очень сильные вспышки жесткого ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучений.

 

 

Но конкретно в случае суперземли K2-18b опасность жесткого УФ-излучения для местной жизни очень низка. Дело в том, что водяной пар эффективно поглощает ультрафиолет, при этом его молекулы распадаются на водород и кислород. Если в атмосфере K2-18b до сих пор много воды, значит, во-первых, уровень УФ-излучения там далеко не запредельный (иначе все молекулы H20 уже расщепились бы). Во-вторых, на поверхности планеты ультрафиолета вряд ли сильно больше, чем на Земле: и водяной пар, и образующийся при его разрушении УФ-лучами кислород служат довольно неплохой защитой от такого излучения — оно отлично поглощается практически всеми газам, поэтому дойти до поверхности планеты рентгеновское излучение в значительных количествах не может.

 

Однако есть и более серьезные проблемы, ставящие под сомнение обитаемость K2-18b. Авторы работы отмечают, что ее плотность — примерно 3,3 грамм на кубический сантиметр (у Земли — 5,5 грамм на кубический сантиметр). Чтобы показывать плотность на 40 % меньше земной, далекая суперземля должна либо иметь твердую поверхность, но очень протяженную атмосферу, либо огромный всепланетный океан большой глубины. Это вполне сочетается с большими размерами K2-18b. При диаметре в 2,2 раза больше земного они почти в восемь раз массивнее нашей планеты, а крупные тела проще удерживают оболочку из более легких компонентов, таких как вода или газы.

 

Между тем, равновесная температура планеты K2-18b — такая, которая рассчитывается без учета согревающего влияния атмосферы – достигает 283 градусов по Кельвину или примерно 10 градусов по Цельсию. Для сравнения равновесная температура Земли — минус 18 градусов по Цельсию. То есть, при прочих равных, средняя температура на K2-18b на 28 градусов выше, чем у нас.

 

Как известно, атмосфера повышает среднюю температуру на Земле с равновесной в минус 18 до реально наблюдаемой плюс 15 по Цельсию более, чем на 30 градусов (совокупный парниковый эффект). Но, как мы отметили выше, судя по плотности K2-18b там либо намного более мощная атмосфера (в десятки раз больше земной по протяженности), либо вообще всепланетный океан. При мощной атмосфере парниковый эффект может так перегреть всю планету, что она станет подобна Венере, на чьей поверхности температура выше точки плавления свинца. Сомнительно, что жизнь земного типа может существовать в таких условиях.

 

Обитаемая, но малонаселенная?

 

Всепланетный океан при более тонкой атмосфере – щадящий сценарий, он может означать, что K2-18b не слишком горяча для жизни. Однако надо понимать, что планета-океан, судя по Земле, не лучшее место для жизни. На нашей планете океаны являются биологическими пустынями: в них всего шесть миллиардов тонн биомассы в пересчете на чистый углерод, а на суше ее более 540 миллиардов тонн. Тот же земной опыт показывает: достаточно сложные формы жизни в океане возникают редко. Те же дельфины и киты попали туда после вторичной обратной миграции части млекопитающих с суши. И численность их куда меньше, чем у аналогичных по уровню развития сухопутных существ.

 

Бедность морей жизнью не случайна, а закономерна. При температурах, позволяющих энергичный фотосинтез, вода может содержать лишь весьма малое количество углекислого газа, настолько малое, что земные водоросли постоянно находятся в условиях серьезного дефицита СО2. Биомасса растений ограничивает кормовую базу водных животных. Сходная картина должна наблюдаться и на других мирах. Поэтому, скорее всего, планеты-океаны, лишенные постоянной суши, в принципе не способны поддерживать биомассу земного уровня.

 

Уникальная планета

 

Авторы работы делают особый акцент на том, что K2-18b — первая экзопланета, похожая на Землю по массе и размерам, лежащая в зоне обитаемости и при этом показавшая наличие водяного пара в атмосфере. Это, отмечают они, делает ее уникальной. 

 

Однако в ближайшие годы ее статус может стать еще более значимым. В 2021 году в космос будет запущен телескоп «Джеймс Уэбб», работающий в инфракрасном диапазоне, как и использованная в работе камера «Хаббла», но куда более технически продвинутый. Он сможет отследить линии поглощения азота, метана и других газов и соединений.

 

Свободный кислород трудно долго удерживать в атмосфере, если он не пополняется из биологических источников, и то же самое относится к метану. Поэтому в атмосфере Земли и тот, и другой — биогенные по происхождению. Абиогенный метан и кислород, создаваемые без участия живых существ, у нас тоже есть, но в настолько малых количествах, что их нереально обнаружить из космоса. Если в атмосфере K2-18b будут обнаружены азот и следы кислорода, то это сделает наблюдаемую там картину очень похожей на земную: в нашей атмосфере именно азот и кислород являются основными газами. Пожалуй, в этом случае K2-18b действительно может получить уникальный статус первой обитаемой планеты, открытой за пределами нашей системы.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Вчера, 11:02
Игорь Байдов

Грузовой самолет будут использовать для перевозки 90-метровых лопастей ветряных турбин, которые невозможно доставить по суше из-за размеров. Предполагается, что этот аппарат произведет революцию в сфере возобновляемых источников энергии.

Вчера, 19:23
Полина

Распространено мнение, что, чтобы справиться с гневом, необходимо дать волю негативным эмоциям. Исследователи из США доказали, что такой метод не позволяет снизить уровень агрессии.

Вчера, 13:48
Университет «Дубна»

В поле внимания ученых университета «Дубны» оказался Z-бозон — фундаментальная частица слабого взаимодействия. Они провели анализ различных вращательно инвариантных величин с помощью экспериментальных данных по рассеянию мезонов на фиксированной мишени из вольфрама. Результат анализа — их хорошая согласованность с теоретическими предсказаниями: качественно показано, что инварианты не изменяются при вращении системы отсчета, в которой рассеиваются частицы. Это значит, что такие инварианты можно с высокой точностью применять в будущих научных исследованиях, связанных с поиском новых частиц и проверкой теоретических моделей.

Позавчера, 08:39
Михаил Орлов

Глобальные изменения климата сказываются как на природе, так и на населении Земли. Среди последствий потепления — волны жары и увеличение числа жарких дней, которые напрямую влияют на здоровье людей и повседневную жизнь. Российские ученые из Высшей школы экономики и Института географии РАН спрогнозировали, как летний зной будет влиять на жителей России в ближайшие десятилетия. Они назвали регионы РФ, которые могут пострадать от жары сильнее всего, и выявили ведущие факторы таких изменений.

Вчера, 11:02
Игорь Байдов

Грузовой самолет будут использовать для перевозки 90-метровых лопастей ветряных турбин, которые невозможно доставить по суше из-за размеров. Предполагается, что этот аппарат произведет революцию в сфере возобновляемых источников энергии.

15 марта
Юлия Трепалина

Рассмотрев опыт ферм по выращиванию крупных питонов в Азии, ученые пришли к выводу, что это один из эффективных, но в то же время наименее вредных для экологии видов животноводства. По мнению исследователей, людям стоит всерьез задуматься о его внедрении в массовых масштабах.

11 марта
Игорь Байдов

Американская компания Stratolaunch сообщила об успешном завершении летных испытаний прототипа гиперзвукового аппарата Talon-A, оснащенного ракетным двигателем. Во время беспилотного полета планер развил сверхзвуковую скорость.

13 марта
Алиса Гаджиева

Древние переселенцы из Анатолии не только устроили геноцид в Скандинавии, но и одарили выживших новыми болезнями.

20 февраля
Полина

В Российской академии наук завершили первый Большой словарь ударений, его издадут к концу года. Лингвисты собрали наиболее современные нормы произношения привычных слов и зафиксировали ударение для лексики, которая появилась в русском языке недавно.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: