Загадка TRAPPIST-1e: иллюзия атмосферы или надежда на обитаемость?

Новые наблюдения за одной из знаменитых планет системы TRAPPIST-1 вновь подкидывают учёным интригующие зацепки о мире, который может — или нет — обладать атмосферой, способной поддерживать жизнь и жидкую воду.

TRAPPIST-1e — одна из семи планет земного размера, тесно обращающихся вокруг прохладного красного карлика, который меньше и тусклее нашего Солнца, на расстоянии около 40 световых лет. Она находится в «обитаемой зоне» системы, где температуры теоретически допускают существование жидкой воды, но только при наличии атмосферы. Ранние наблюдения космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) даже намекали на возможную атмосферу, обнаружив слабые признаки метана, который на Земле является продуктом жизнедеятельности организмов и связан со сложной химией на окутанном дымкой спутнике Сатурна Титане.

Но теперь учёные считают, что эти первые проблески, скорее всего, были обманчивыми.

«Основываясь на нашей последней работе, мы предполагаем, что ранее сообщённый намёк на атмосферу с большей вероятностью является «шумом» от звезды-хозяина», — заявил в своём сообщении Сукрит Ранджан, доцент Лаборатории Луны и планет Университета Аризоны. «Однако это не означает, что у TRAPPIST-1e нет атмосферы — нам просто нужно больше данных».

В новой статье используются детальные компьютерные модели для проверки, может ли TRAPPIST-1e реалистично поддерживать богатую метаном атмосферу, подобную титанианской. Результаты показывают, что метан на планете, вращающейся вокруг маленькой активной звезды красного карлика, подобной TRAPPIST-1, будет разрушаться гораздо быстрее, чем на Титане — слишком быстро, чтобы любой правдоподобный геологический процесс мог его восполнить.

Последние выводы опираются на две статьи, опубликованные в сентябре, которые анализировали наблюдения JWST за TRAPPIST-1e в 2023 году. Во время четырёх отдельных транзитов, когда планета пересекала диск своей звезды, прибор ближнего инфракрасного спектрографа (NIRSpec) телескопа фиксировал тонкие изменения звёздного света, которые, в принципе, могут раскрывать химический состав атмосферы. Данные соответствовали атмосфере, богатой азотом и метаном и лишённой углекислого газа, что исключает атмосферу, подобную венерианской или марсианской.

Но сигналы значительно различались от транзита к транзиту, намекая на то, что измерения были загрязнены самой звездой. TRAPPIST-1 меньше, холоднее и намного тусклее нашего Солнца, достаточно холодна для того, чтобы газовые молекулы, включая метан, могли формироваться в её собственной атмосфере.

«Мы сообщали о намёках на метан, но вопрос в том, «принадлежит ли метан молекулам в атмосфере планеты или звезды-хозяина?»», — сказал Ранджан.

В статье Ранджан и его команда смоделировали, как долго метан мог бы реально сохраняться в условиях TRAPPIST-1e. Они обнаружили, что в то время как метан на Титане может существовать 10-100 миллионов лет, на TRAPPIST-1e он продержался бы лишь около 200 000 лет. Планета получает гораздо больше ультрафиолетового излучения, чем Титан, что приводит к разрушению метана в тысячи раз быстрее.

Это делает чрезвычайно маловероятным, что учёные застанут планету в метано-богатой фазе, если только метан не будет пополняться с экстремальной, непрерывной скоростью. Поддержание уровней, как на Титане, потребовало бы от TRAPPIST-1e превзойти его по генерации метана — неправдоподобный сценарий, требующий непрекращающегося глобального вулканизма, катастрофического выброса метана из ледяных недр или постоянного обновления поверхности планеты. Даже при щедрых допущениях эти процессы не могут полностью обеспечить необходимые объёмы метана.

В результате команда приходит к выводу, что для определения, есть ли у TRAPPIST-1e вообще какая-либо атмосфера и связаны ли предварительные намёки JWST на метан с планетой или являются просто артефактами звезды, необходимы более строгий анализ и дополнительные наблюдения.

«Основной тезис для TRAPPIST-1e таков: если у неё есть атмосфера, она обитаема. Но сейчас первоочерёдный вопрос должен звучать так: «А существует ли атмосфера вообще?»», — сказал Ранджан.

Несмотря на трудности, TRAPPIST-1e остаётся одним из самых многообещающих потенциально обитаемых миров за пределами нашей Солнечной системы. Однако JWST, созданный до открытия первой экзопланеты, работает на пределе своей чувствительности при зондировании атмосфер планет земного размера.

Будущие инструменты могут помочь распутать эти запутанные сигналы. Предстоящая миссия NASA «Пандора», запуск которой запланирован на 2026 год, будет наблюдать звёзды и планеты одновременно, чтобы лучше разделить звёздные и атмосферные особенности.

Исследователи также планируют редкое наблюдение двойного транзита, когда TRAPPIST-1e и самая внутренняя планета системы TRAPPIST-1b будут пересекать диск звезды вместе. Известно, что TRAPPIST-1b лишена атмосферы, поэтому сравнение её «чистого» сигнала с сигналом TRAPPIST-1e может выявить, какие особенности принадлежат звезде, а какие — если они вообще есть — возникают из атмосферы TRAPPIST-1e.

«Эти наблюдения позволят нам отделить то, что делает звезда, от того, что происходит в атмосфере планеты — если она у неё есть», — сказал Ранджан.

Исследование TRAPPIST-1e — это тонкая грань между надеждой и научным скепсисом. Каждый новый результат, опровергающий предыдущий, не отдаляет нас от истины, а, напротив, учит правильному вопросу. Возможно, ключ к обитаемости кроется не в поиске знакомых признаков вроде метана, а в понимании того, как бурный характер красного карлика формирует принципиально иные, устойчивые атмосферные составы. TRAPPIST-1e продолжает бросать вызов нашим представлениям, и именно эта загадка делает её одной из самых важных целей в истории поиска жизни. Её молчание может оказаться красноречивее любого сигнала.