Двадцать второго февраля 2017 года Национальное американское космическое агентство объявило об обнаружении семи землеподобных планет, найденных в звездной системе TRAPPIST-1. Мы попросили прокомментировать эту новость астрофизика, доктора физико-математических наук Дмитрия Вибе.

Что произошло

В системе красного карлика 2MASS J23062928-0502285 (или для краткости просто TRAPPIST-1) обнаружено сразу семь планет, шесть из которых по размерам и массам довольно близки к Земле. При этом три из семи планет попадают в так называемую зону обитаемости — диапазон расстояний от родительской звезды, в котором на поверхности землеподобной планеты может существовать жидкая вода. Планеты обнаружены методом затмений, суть которого состоит в том, чтобы заметить понижение яркости звезды в те моменты, когда планета проходит между звездой и наблюдателем.

Система звезды TRAPPIST-1 весьма компактна: самая близкая к звезде планета совершает полный оборот за полтора дня (большая полуось орбиты 0,011 а. е.); у самой далекой год длится, вероятно, около 20 дней (большая полуось орбиты 0,063 а. е.). Благодаря столь плотной упаковке планеты системы (по крайней мере, внутренние шесть) довольно сильно гравитационно взаимодействуют друг с другом и потому находятся в сложной системе орбитальных резонансов, что позволило оценить их массы. В сочетании с оценками радиусов, полученными из формы кривых блеска затмений, это позволило определить плотности планет, а значит, приблизиться к пониманию их структуры. В частности, низкая плотность планеты f (примерно 0,6 плотности Земли) указывает на значительную долю летучих соединений в ее составе. Если предположить, что планета состоит из смеси силикатов и воды, доля воды в ее составе может достигать 25%.

Количество энергии, получаемой планетами от родительской звезды, заключено в пределах примерно от 4,25 (планета b) до 0,13 (планета h) в единицах энергии, получаемой Землей от Солнца. Построенные авторами климатические модели показали, что на планетах e, f и g могут существовать водяные океаны. На внутренних планетах — b, c и d — существование жидкой воды менее вероятно (модели предсказывают для них сильный парниковый эффект), хотя и не совсем невозможно. Многое зависит от начального состава планет, а он, в свою очередь, зависит от их начального положения в системе. Авторы статьи предполагают, что все они изначально находились дальше от звезды, чем сейчас.

О седьмой планете неизвестно почти ничего, кроме радиуса (0,8 земного), но она, скорее всего, слишком далека от звезды, чтобы обеспечить возможность существования жидкой воды на поверхности. Впрочем, не стоит забывать о других возможных источниках энергии, например о разогреве планеты приливным трением.


Семь планет системы TRAPPIST-1 в сравнении с планетами земной группы

Предыстория

На территории Европейской южной обсерватории установлен 60-сантиметровый робот-телескоп TRAPPIST-South (TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope), в задачу которого входит поиск транзитных планет у близких красных и коричневых карликов. В мае 2016 года появилось сообщение о том, что при помощи этого телескопа у красного карлика TRAPPIST-1 было открыто три планеты. Однако орбиты удалось определить только для двух внутренних планет, b и c. Чтобы уточнить орбиту третьей планеты (d), авторы работы провели дополнительные наблюдения при помощи нескольких инструментов, кульминацией которых стал двадцатидневный мониторинг звезды TRAPPIST-1 на космическом телескопе Spitzer, проведенный в сентябре–октябре 2016 года.

Еще в ходе предварительных наблюдений у исследователей появились подозрения, что планет в системе больше трех. Мониторинг на телескопе Spitzer подтвердил эти подозрения: в ходе наблюдений удалось обнаружить затмения звезды еще четырьмя планетами. Правда, эти четыре планеты найдены в дополнение не к трем, а к двум планетам звезды TRAPPIST-1. Затмения, которые ранее приписывались планете d, разделились между новой четверкой — d, e, f и g. Впрочем, на такую возможность указывалось и в первой статье об этой системе. На существование седьмой планеты (h) указывает пока только одно затмение. Для ее надежной идентификации и определения периода двадцатидневного мониторинга не хватило.

Перспективы

Это открытие интересно сразу по нескольким причинам. Никогда ранее землеподобные планеты у одной звезды не открывались таким большим комплектом. Никогда ранее не обнаруживалась такая длинная цепочка взаимных резонансов. Сразу три планеты оказались в зоне обитаемости, причем не просто по формальному попаданию в нужный диапазон расстояний — возможность наличия жидкой воды подтверждена моделированием их атмосфер.

С другой стороны, нужно признать, что ни о каких даже предпосылках к обнаружению внеземной жизни не идет речи: есть несколько расхолаживающих моментов. Во-первых, звезда TRAPPIST-1 относится к красным карликам, а эти звезды зачастую отличаются сильной вспышечной активностью (правда, это может не относиться именно к этому карлику). Наблюдения указывают, что активность спадает с возрастом, и TRAPPIST-1 может оказаться уже пожившим и менее активным объектом.

Во-вторых, вращение всех семи планет, вероятно, синхронизованно, то есть они всегда повернуты к своей звезде одной и той же стороной, так что на них не бывает смены дня и ночи. Сказать, насколько это критично или некритично для зарождения жизни, мы пока не можем. Более ясной ситуация станет после новых наблюдений. В частности, авторы надеются, что при помощи космических телескопов «Хаббл» и JWST им удастся выяснить состав атмосфер этих планет, в первую очередь потенциального «водного мира» TRAPPIST-1f.