Журнал для юных умов
Меню сайта

TRAPPIST-1: темная звезда с ярким будущим

Среди тысяч звезд, у которых, как известно, есть экзопланеты, то есть планеты за пределами нашей Солнечной системы, выделяется особенно интересная звезда. Она известна как TRAPPIST-1: крошечная звезда размером с Юпитер, которая является домом не для одной, не для двух, а для семи планет размером с Землю! Эти планеты, вероятно, скалистые, как Земля, и некоторые из них могут иметь температуру поверхности, необходимую для существования жидкой воды, но это зависит от того, есть ли у этих планет атмосферы и из чего они состоят. В настоящее время астрономы работают над тем, чтобы выяснить, есть ли на TRAPPIST-1 яркие или темные пятна, которые могут повлиять на то, как мы увидим ее планеты.

Открытие далеких планет

У большинства звезд есть планеты, вращающиеся вокруг них. Эти звезды называются звездами-хозяевами, а экзопланетами мы называем планеты, которые вращаются вокруг других звезд, за пределами нашей Солнечной системы. Если смотреть на экзопланетную систему под правильным углом, то будет казаться, что экзопланеты затмевают звезду-хозяина, двигаясь вокруг нее по своим орбитам. Если мы с высокой точностью измерим яркость звезды в момент затмения, то сможем наблюдать транзит, о котором подробно рассказывается в статье Frontiers for Young Minds. Во время транзита планета блокирует часть звездного света, и астрономы на Земле видят провал в общем количестве звездного света, который обычно длится несколько часов (рис. 1).

TRAPPIST-1 - очень маленькая красная звезда, расположенная на расстоянии 40 световых лет от нас в созвездии Водолея. На самом деле TRAPPIST-1 примерно настолько мала, насколько может быть звезда - если бы она была немного меньше, ее даже нельзя было бы считать звездой, потому что она была бы недостаточно велика, чтобы производить свой собственный свет путем слияния водорода в гелий в своем ядре. TRAPPIST-1 примерно такой же большой, как планета Юпитер, но весит в 80 раз больше Юпитера. Ее светимость составляет всего 0,05% от светимости Солнца [ 1 ]. Большинство звезд в галактике - это маленькие звезды, такие как TRAPPIST-1, и поскольку они такие маленькие и тусклые, их трудно изучать.

Семь малых планет

Эти трудности не остановили команду астрономов из Бельгии от попыток найти планеты, вращающиеся вокруг TRAPPIST-1, и какой же зоопарк планет они обнаружили! Известно семь экзопланет, вращающихся вокруг этой крошечной звезды, каждая из которых проходит перед звездой при наблюдении с Земли, вызывая транзитные события. Мы можем определить, насколько велика каждая планета, измерив, сколько света пропадает, когда планета проходит перед звездой. Маленькие планеты блокируют немного света, в то время как большие планеты блокируют больше света. Измерения яркости TRAPPIST-1 показали, что эти планеты имеют размеры, схожие с Землей: самая маленькая планета на три четверти больше Земли, а самая большая - примерно на 13 % больше Земли (см. рис. 2) [1].

Рисунок 2 - Изображение планет системы TRAPPIST-1, названных b-h, и звезды-хозяина, размеры которых показаны в масштабе (хотя расстояния не указаны в масштабе).

Планеты TRAPPIST-1 обращаются вокруг своей звезды-хозяина гораздо ближе, чем планеты нашей Солнечной системы обращаются вокруг Солнца. Самая близкая планета, названная TRAPPIST-1 b, совершает один оборот вокруг своей звезды раз в 1,5 дня. Сравните это с Землей, которой требуется год, чтобы совершить один оборот вокруг Солнца. Самая удаленная планета, TRAPPIST-1 h, совершает оборот вокруг звезды каждые 18 дней. Если бы вы поместили все планеты TRAPPIST-1 в нашу Солнечную систему, их орбиты вписались бы в орбиту Меркурия, самой внутренней планеты Солнечной системы.

Может ли жидкая вода (и, возможно, жизнь) существовать на любой из планет?

Возможно, вы задаетесь вопросом, не находятся ли эти планеты слишком близко к звезде, чтобы люди могли посетить их, не расплавившись. Оказывается, поскольку звезда TRAPPIST-1 такая тусклая, планеты должны находиться очень близко к звезде, чтобы поддерживать тепло. Звезды работают так же, как костры: чем ближе планета к звезде, тем теплее она будет. Но расстояние до звезды - не единственный фактор, определяющий, насколько теплой будет планета.

Атмосферу планеты также важно учитывать, потому что некоторые атмосферы делают планеты очень теплыми и уютными. Меркурий и Венера - хорошие примеры согревающего эффекта атмосферы. Меркурий находится в два раза ближе к Солнцу, чем Венера, поэтому можно предположить, что Меркурий будет самой горячей планетой в нашей Солнечной системе. Но самая высокая температура поверхности Меркурия составляет около 430°C (800°F), в то время как температура поверхности Венеры еще выше - около 460°C (860°F). Венера горячее Меркурия потому, что ее атмосфера состоит в основном из углекислого газа, который задерживает тепло в атмосфере Венеры, что называется парниковым эффектом. На Меркурии нет атмосферы, поэтому там нет парникового эффекта, и температура не поднимается так высоко, как на Венере.

Температура поверхности каждой из планет TRAPPIST-1 будет зависеть от того, есть ли у них атмосферы и из чего они состоят. На данный момент мы не знаем наверняка, есть ли атмосфера у любой из планет TRAPPIST-1, и существует большое разнообразие возможных атмосфер, которые могут существовать на каждой из планет, каждая из которых может оказывать значительное влияние на то, насколько теплой может быть каждая планета.

В результате этих вопросов об атмосферах мы пока не знаем температуры поверхности каждой из планет TRAPPIST-1. Мы также не знаем наверняка, может ли какая-либо из них иметь жидкую воду на своей поверхности. Но мы намерены это выяснить!

Один из способов выяснить это - наблюдать за прохождением каждой планеты перед звездой. Планеты с атмосферой блокируют больше света определенных цветов, чем планеты без атмосферы, а какие именно цвета блокируются, зависит от химических веществ, присутствующих в атмосфере планеты. Тщательно измерив цвет звезды, когда планета проходит перед ней, мы сможем определить, есть ли у планет атмосферы и из чего они состоят.

Загадочные пятна на поверхности TRAPPIST-1

Однако существует серьезная проблема, затрудняющая изучение атмосфер планет TRAPPIST-1 - мы не знаем, как выглядит поверхность звезды. На поверхности звезды могут быть большие или маленькие пятна, называемые звездочками, которые влияют на измерения яркости и цвета звезды [ 2 ]. Поскольку мы полагаемся на эти измерения яркости и цвета, чтобы узнать об атмосферах планет и, следовательно, о том, есть ли на планетах жидкая вода, мы должны точно знать, как пятна на TRAPPIST-1 влияют на цвет и яркость этой звезды.

В ходе изучения звездных пятен TRAPPIST-1 с помощью космических телескопов НАСА Kepler и Spitzer выяснилось, что звезда может вовсе не иметь темных звездных пятен, как Солнце, а иметь яркие, горячие пятна на своей поверхности [ 3 ]. Из-за этих ярких пятен звезда кажется немного голубее и ярче, когда яркие пятна обращены к нам, и немного краснее и тусклее, когда яркие пятна уходят из поля зрения при вращении звезды. Выяснение количества, температуры и яркости этих пятен на звезде будет важно для понимания отпечатков, которые планеты оставляют на звездном свете TRAPPIST-1. Недавно две другие группы ученых, изучавшие цвет TRAPPIST-1, также пришли к выводу, что на ее поверхности могут быть яркие (горячие) пятна [ 4 , 5 ]. По мере накопления доказательств существования этих странных пятен растет и загадка, связанная с ними, поскольку Солнце - единственная звезда, которую мы можем изучать вблизи, - не имеет таких же ярких горячих пятен на своей поверхности.

Новый взгляд на небо

Астрономы, вероятно, получат ответы на свои вопросы о пятнах TRAPPIST-1 после запуска нового космического телескопа под названием James Webb Space Telescope (JWST). JWST станет крупнейшим космическим телескопом из когда-либо созданных, и планируется, что он будет наблюдать за планетами TRAPPIST-1 в начале своей 5-летней миссии. В сочетании с наблюдениями, сделанными телескопами на Земле, астрономы будут использовать наблюдения JWST, чтобы выяснить, как выглядит поверхность TRAPPIST-1, а затем, как мы надеемся, определить, есть ли у планет TRAPPIST-1 атмосферы и могут ли они быть пригодны для жизни, как мы ее знаем.

Это интересно: