Ученые впервые нашли атмосферу на каменистой экзопланете в зоне жизни

Суперземля LHS 1140b удерживает газовую оболочку из гелия вопреки агрессивному излучению своей звезды

Наука и космос031 минуту назад

Международная команда астрономов впервые зафиксировала атмосферу у каменистой экзопланеты, находящейся в обитаемой зоне своей звезды. Объектом этого открытия стала суперземля LHS 1140b, расположенная на расстоянии 48 световых лет (14,96 парсека) от Земли. Эта планета вращается вокруг старого красного карлика, чей возраст превышает 3 миллиарда лет.

До этого момента Земля была единственной каменистой планетой с подтверждённой газовой оболочкой.

Ведущий автор исследования Коллин Черубим (Collin Cherubim) использовал свою разработанную модель эволюции атмосфер, которая предсказала наличие гелиевых атмосфер у экзопланет. Для проверки этого предположения учёные произвели спектроскопические наблюдения в ближнем инфракрасном диапазоне с помощью спектрографа на оптическом телескопе имени Магеллана «Клэй». В 2024 году приборы зафиксировали линию поглощения на длине волны 10 833 ангстрем, что соответствует метастабильному гелию. Глубина поглощения составила 1,24%, что указывает на значительную газовую оболочку, радиус непрозрачного слоя которой в 1,52 раза превышает радиус самой планеты.

Анализ данных показал сложную структуру рассеивающегося газа. Учёные обнаружили предшествующий газовый хвост, который фиксировался до начала транзита планеты с глубиной поглощения 1,01%. Это явление связывали с взаимодействием планетарного газа со звёздным ветром или магнитными полями. Также были замечены признаки последующего газового шлейфа. Однако в 2025 году поглощение гелия не было обнаружено. Такая изменчивость указывает на сильные колебания скорости утраты атмосферы, вызванные изменениями звёздного потока рентгеновского и экстремального ультрафиолетового излучения или колебаниями температуры верхних слоёв атмосферы.

Суперземля LHS 1140b имеет радиус 1,73 радиуса Земли, а её масса превышает земную в 5,6 раза. Благодаря таким характеристикам сила тяжести на планете почти в 2 раза больше земной. Экзопланета находится в приливном захвате, что означает, что она всегда обращена к звезде одной стороной, из-за чего на ней существуют постоянные дневное и ночное полушария. Орбитальный период планеты составляет 24,7 дня. Она получает примерно 42% от объёма солнечной энергии, падающей на Землю, что обеспечивает её равновесную температуру на уровне 226 кельвинов (-47 градусов Цельсия).

Утечка атмосферных газов происходит в форме гидродинамического оттока, вызванного нагревом от звёздного ультрафиолетового и рентгеновского излучения. Скорость потери массы оценивается от 0,67 × 108 до 1,14 × 108 граммов в секунду. Верхние слои атмосферы почти полностью лишены водорода, а соотношение водорода к гелию составляет около 10-3. Лёгкий водород испарился быстрее под воздействием радиации, оставив гелиевую оболочку. Скорость оттока гелия оказалась недостаточной, чтобы увлечь за собой более тяжёлые элементы с массой более 9 атомных единиц. По этой причине углерод, азот и кислород должны накапливаться в нижних слоях атмосферы.

Сохранению плотных слоёв способствует холодная ловушка для воды. При равновесной температуре планеты водяной пар конденсируется на уровне тропопаузы, где температура падает до 194 кельвинов (-79 градусов Цельсия). Это препятствует попаданию воды в верхние слои атмосферы и защищает её от фотодиссоциации (распада молекул под действием света) с последующей потерей водорода. Модели показывают, что под «гелиевым щитом» планета может удерживать от 9% до 19% воды от своей общей массы. Учёные пока не могут точно утверждать, является ли поверхность каменистой или покрыта глобальным океаном, но нижняя атмосфера потенциально способна накапливать углекислый газ, водяной пар и кислород.

Результаты работы подтверждают концепцию «космической береговой линии» — границы, определяющей способность экзопланет удерживать газовую оболочку в зависимости от уровня звёздного облучения. Система LHS 1140 полностью соответствует этой теории: в то время как LHS 1140b сохраняет атмосферу, внутренняя планета LHS 1140c с массой 1,91 и радиусом 1,272 от земных параметров, получающая в 5 раз больше радиации и совершающая оборот за 3,78 дня, потеряла свою атмосферу. Совмещение новых данных с архивными наблюдениями космических телескопов «Джеймс Уэбб» и «Хаббл» открывает возможности для ключевых проверок теории жизнеспособности каменистых экзопланет вне Солнечной системы.

Darth SaharaИсточники:https://www.science.org/doi/10.1126/science.aea9708Наука и космос0КосмосАстрономияЭкзопланетыОбитаемая зонаЖизнь во Вселенной31 минуту назад