Примерно в 39 световых годах от Земли находится система TRAPPIST, которая, по мнению астрономов, напоминает миниатюрную версию нашей Солнечной системы. Звезда, ультрахолодный красный карлик, и все семь ее планет легко уместились бы внутри орбиты Меркурия. Среди этих семи планет размером с Землю особое внимание ученых привлекает TRAPPIST-1e. Эта планета вращается в так называемой «зоне Златовласки» своей звезды – области, где температура потенциально позволяет существование жидкой воды на поверхности. Однако это возможно лишь при наличии атмосферы, способной регулировать эти условия. Именно там, где может существовать жидкая вода, естественно возникает и вероятность жизни.
Недавно были опубликованы две научные работы, ставшие первыми детальными отчетами о наблюдениях системы TRAPPIST-1 с помощью космического телескопа НАСА «Джеймс Уэбб». Эти исследования, вышедшие в журнале *Astrophysical Journal Letters*, были проведены командой ученых, в состав которой входит Сукрит Раньян из Лаборатории лунных и планетарных исследований Университета Аризоны. Авторы тщательно проанализировали собранные данные, представив несколько возможных сценариев того, какой может быть атмосфера и поверхность TRAPPIST-1e.
Вместе с тем, третья работа, однако, призывает к осторожности в выводах. Хотя первые результаты обнадеживают и являются значительным шагом к пониманию одной из ближайших потенциально землеподобных экзопланет, Раньян настаивает на необходимости более веских доказательств. В частности, он призывает к более строгим исследованиям, чтобы подтвердить наличие атмосферы у TRAPPIST-1e и убедиться, что слабые намеки на метан, зафиксированные «Джеймсом Уэббом», действительно исходят от планеты, а не от ее главной звезды.
Система TRAPPIST получила свое название от проекта, который впервые ее обнаружил – «Проект малого телескопа для транзитных планет и планетезималей» (*Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope project*). Эта планетная семья находится примерно в 39 световых годах от Земли. Ее можно рассматривать как уменьшенную копию нашей собственной Солнечной системы, поскольку звезда и все семь планет легко уместились бы внутри орбиты Меркурия. Годы там пролетают очень быстро: каждая планета TRAPPIST совершает оборот вокруг своей звезды всего за несколько земных дней.
По словам Сукрита Раньяна, доцента LPL, основная гипотеза относительно TRAPPIST-1e такова: «Если у нее есть атмосфера, она обитаема». Он добавляет: «Но прямо сейчас первоочередной вопрос должен звучать так: «А существует ли вообще атмосфера?»»
Для ответа на этот вопрос команда использовала мощный спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) космического телескопа «Джеймс Уэбб». Инструмент был направлен на систему TRAPPIST в тот момент, когда TRAPPIST-1e транзитировала – то есть проходила перед своей главной звездой. Во время транзита часть звездного света проходит через любую атмосферу, окружающую планету, и определенные длины волн поглощаются. Измеряя этот отфильтрованный звездный свет, астрономы могут сделать выводы о присутствующих газах. Повторение этого процесса при нескольких транзитах постепенно уточняет картину химического состава атмосферы планеты.
В ходе четырех таких транзитов TRAPPIST-1e команда зафиксировала слабые признаки метана. Однако TRAPPIST-1 – это так называемая звезда–красный карлик М-типа, размером всего около одной десятой Солнца и лишь немного больше Юпитера. Поскольку звезды такого типа обладают иными физическими свойствами, чем наше Солнце, Раньян отмечает, что ученые должны быть особенно осторожны при интерпретации любых потенциальных планетарных сигналов.
«В то время как Солнце – это яркая желтая звезда-карлик, TRAPPIST-1 – ультрахолодный красный карлик, что означает, что она значительно меньше, холоднее и тусклее нашего Солнца, – объясняет он. – Достаточно холодная, на самом деле, чтобы позволить существование молекул газа в своей атмосфере. Мы сообщали о намеках на метан, но вопрос в том, «можно ли приписать этот метан молекулам в атмосфере планеты или в атмосфере главной звезды?»»
Для изучения этого вопроса Раньян и его коллеги смоделировали ряд возможных атмосфер для TRAPPIST-1e, сфокусировавшись на сценариях, богатых метаном. Затем они рассчитали вероятность каждого случая, основываясь на данных «Уэбба». В наиболее правдоподобном из протестированных сценариев TRAPPIST-1e в целом оказалась похожа на Титан, спутник Сатурна, богатый метаном. Тем не менее, анализ показал, что этот сценарий остается весьма маловероятным.
«Основываясь на нашей новейшей работе, мы предполагаем, что ранее сообщенные предварительные намеки на атмосферу, скорее всего, являются «шумом» от главной звезды, – заявил Раньян. – Однако это не означает, что TRAPPIST-1e не имеет атмосферы – нам просто нужно больше данных».
Раньян также подчеркивает, что, несмотря на свои выдающиеся возможности, космический телескоп «Джеймс Уэбб» не был разработан с расчетом на малые, землеподобные экзопланеты в качестве основных целей.
«Его проектировали задолго до того, как мы узнали о существовании таких миров, и нам повезло, что он вообще способен их изучать, – говорит он. – Существует лишь горстка планет размером с Землю, для которых он потенциально мог бы измерить какой-либо детальный состав атмосферы».
Будущие наблюдения могут помочь разрешить неопределенности. Одним из многообещающих проектов является миссия НАСА «Пандора» (*Pandora*), небольшой спутник, который сейчас разрабатывается и запуск которого запланирован на начало 2026 года. Под руководством Дэниела Апаи, профессора астрономии и планетарных наук из обсерватории Стюарда Университета Аризоны, «Пандора» специально предназначена для изучения атмосфер экзопланет и их родительских звезд. Космический аппарат будет отслеживать звезды, вокруг которых вращаются потенциально обитаемые планеты, до, во время и после планетарных транзитов, что улучшит способность ученых отделять звездные эффекты от истинных атмосферных сигналов.
Параллельно исследовательская группа TRAPPIST-1e работает над более масштабной программой наблюдений и применяет новые методы анализа, которые, возможно, окончательно прояснят, имеет ли планета атмосферу. Ключевой подход известен как двойной транзит. При этом методе астрономы наблюдают звезду в те моменты, когда и TRAPPIST-1e, и TRAPPIST-1b – ближайшая к звезде и безвоздушная планета системы – одновременно проходят перед ней.
«Эти наблюдения позволят нам отделить то, что происходит со звездой, от того, что происходит в атмосфере планеты – если она, конечно, есть», – заключил Раньян.
