Новость об обнаружении системы из семи землеподобных планет возле ультрахолодного красного карлика в 40 световых годах от нас стала настоящей сенсацией. И она вызывает целый ряд очень сложных вопросов. Как так получилось, что у одного красного карлика столько твёрдых планет? Почему они сгрудились так тесно, что сразу три из них попали в формальную зону обитаемости? Сколько из них находится в ней на самом деле? И есть ли там океаны?
Семь планет — всего лишь минимальная оценка. Публикация в Nature на эту тему изобилует неожиданными подробностями. Например, семь планет — на самом деле оценка очень скромная. Главный источник новых данных по их количеству —космический телескоп "Спитцер", и он привлекался всего для одного двадцатидневного наблюдательного цикла. Обнаружение методом транзита требует хотя бы одного прохождения экзопланеты между диском и земным наблюдателем. Если у звезды есть ещё планеты, но их год длится дольше 20 земных дней, то таким образом их увидеть было нельзя. Для прояснения вопроса наблюдать надо было куда дольше. Возьмём Солнечную систему: чтобы найти транзитным методом Землю, инопланетным астрономам хорошо бы смотреть на диск Солнца год. А чтобы увидеть гипотетическую девятую планету — от 10 до 20 тысяч лет. Наблюдай они 20 дней, то не открыли бы даже Меркурий. Поэтому новые семь планет — это те, что легче всего было найти, а вовсе не всё планетное население далёкой системы.
Такое большое количество планет не очень обычно, ведь TRAPPIST-1 в 12 раз легче Солнца. Да, там больше тяжёлых элементов (109% от солнечного уровня). Из них "делаются" и твёрдые планеты, и ядра газовых гигантов. Так что при таком "металлическом" составе мультипланетность неудивительна. Поразительно другое: обычно красные карлики такой "металличности" не показывают. В этом плане звезда совершенно нетипична, видимо, она возникла в аномально насыщенном тяжёлыми элементами регионе.
Теснота как в коммуналке — и это хорошо!
Первая планета системы, TRAPPIST-1b, отстоит от своей звезды примерно на 1,6 миллиона километров (четыре расстояния Земля — Луна), а седьмая планета, TRAPPIST-1h, — меньше чем на 10 миллионов километров. Это не планетная система, а "коммуналка", в которой плотность размещения планет выше, чем у нас, в десятки раз. Спутники Юпитера удалены от своей планеты на расстояние до 30 миллионов километров, а ведь его гравитация куда слабее. Авторы работы полагают, что планеты в такой тесноте возникнуть просто не могли, им бы не хватило материала протопланетного диска. Для крупных спутников Юпитера было довольно давно показано, что они возникли дальше от планеты, чем находятся сейчас, и затем постепенно мигрировали к ней.
То, что экзопланеты TRAPPIST-1 — мигранты, признак очень хороший. Красный карлик в первые десятки миллионов лет существования может давать очень сильные вспышки, срывающие и уносящие с планет лёгкие элементы, атмосферу и гидросферу — то, без чего жизни земного типа не будет. Обнаруженные семь небесных тел избежали этой участи, проведя "молодость" на более безопасных далёких орбитах.
Три обитаемых, семь или больше?
Авторы статьи в Nature постарались быть весьма умеренными в своих оценках. Они посчитали, что в зоне обитаемости системы находятся только TRAPPIST-1e, f и g, которые получают от светила 0,66, 0,38 и 0,26 от того излучения, что достаётся Земле. Плотность TRAPPIST-1e на 20% ниже земной, f — на 40%, и g — на 6%. То есть все они содержат больше лёгких элементов, газов и, возможно, воды. А более плотная атмосфера лучше удерживает тепло. Приливное воздействие близкой звезды на планеты и планет друг на друга дополнительно разогревает их ядра. Из-за этого там часты извержения вулканов и выше поток тепла от центра планеты. Так что, несмотря на малую освещённость, жизнь там, в теории, не замёрзнет.
А вот первые три планеты получают в 4,25, 2,27 и 1,14 раза больше излучения от своей звезды. Приходись на сегодняшнюю Землю даже на 14% больше тепла — и на ней бы быстро закипели океаны. Однако не стоит сравнивать условия в "коммуналке" у звезды TRAPPIST-1 и в "приличной квартире" (близ Солнца). Все семь открытых планет TRAPPIST-1 — в приливном захвате. То есть вечно смотрят на звезду одной стороной, другую показывая остальному космосу.
Планетологи давно моделируют условия на таких экзотических планетах. И у них получается, что если там нет особо плотных атмосфер, то на дневной стороне там жарко, на ночной холодно, а на терминаторе, с его вечной зарёй, условия промежуточные. Это значит, что первые три планеты вполне могут иметь жидкую воду на поверхности в районе терминаторов, о чём исследователи честно оговариваются.
По той же причине может быть потенциально "живой" и седьмая планета. Да, она получает всего 0,13 от той энергии, что достигает Земли. Но на дневной стороне это значит 0,26 от земного уровня. При толстой атмосфере и подогретом приливным взаимодействием ядре это немало. Авторы допускают, что если в атмосфере планеты есть водород (очень эффективный парниковый газ), то жидкая вода на поверхности будет даже при малой инсоляции.
Как мы видим, для планеты, вечно смотрящей на своё солнце, понятие "зоны обитаемости", то есть такого удаления от звезды, при котором возможна жизнь, пока довольно расплывчато. На дневной стороне она одна, на ночной — другая, на терминаторе — третья. Лишь при очень плотной атмосфере, типа той, что на Титане, температура выровняется во всех точках поверхности экзопланеты.
Не узнав об атмосферах новых миров больше, определить зоны обитаемости там будет сложно. Точно одно: оценка "три потенциально обитаемых" — минимальная из возможных. На практике их может быть и семь, а может и куда больше. Хорошо известно, что у планет могут быть очень крупные спутники, на которых (тот же Титан) атмосфера плотнее земной и моря также довольно обширны. Чтобы лучше узнать про спутники этих семи планет, нужны телескопы следующего поколения, а до тех пор жизнь нельзя исключать и там.
Семь миров: вряд ли зелёные, вряд ли ледяные.
На Земле зелёная растительность ассоциируется с жизнью. Однако так было не всегда — совсем недавно фотосинтезирующие организмы на нашей планете очень часто были красными (пурпурные бактерии). Если на экзопланетах у TRAPPIST1 и будет своя растительность, то вряд ли она нам понравится на вид. 95% энергии излучения красного карлика лежит в инфракрасной части спектра. Местным растениям придётся использовать именно её, и отражать во избежание перегрева они тоже будут не зелёную часть видимого спектра. Среди астробиологов вопрос о том, какого растения будут цвета, пока спорен, но большинство говорят о чёрном или красном или об их сочетаниях.
Впрочем, есть и хорошие новости. Ледяные шапки на таких мирах практически не образуются. Лёд на полюсах Земли не тает летом только потому, что хорошо отражает свет. В инфракрасной части спектра лёд почти всё поглощает, поэтому там он весьма быстро должен таять. Это значит, что наступление регулярных ледниковых периодов, как на Земле в последние несколько миллионов лет, там крайне маловероятно.
Стоит ли искать инопланетных друзей по переписке?
Как известно, за сеансом чёрной магии должно последовать её разоблачение. Вот оно: посылать туда радиосигналы не стоит. Возраст звезды TRAPPIST-1, по оценкам астрономов, составляет всего 500 миллионов лет, и часть этого времени её планеты провели гораздо дальше от своей звезды, чем находятся сейчас. Это значит, что в этой планетной системе попросту рано ждать возникновения сложной жизни или даже жизни вообще. Земля, по сегодняшним представлениям, стала обитаемой планетой 3,5–3,8 миллиарда лет назад, через 0,7-1,0 миллиарда лет после своего образования. Самая радикальная выдвигавшаяся дата — 4,1 миллиарда лет назад. Вряд ли за 100 миллионов лет там успели придумать радио.
Потенциально система в 40 световых годах от нас весьма и весьма пригодна для жизни, но надеяться на контакт с её обитателями, вероятно, пока преждевременно. Однако их будущее выглядит увереннее, чем наше. Красный карлик менее массивен, чем жёлтые (Солнце), и поэтому живёт куда дольше. Земные океаны выкипят через пару миллиардов лет, а потом Солнце станет белым карликом. Тогда как TRAPPIST-1 сможет исправно светить обитателям своей системы ещё 4–5 триллионов лет — в тысячу раз дольше, чем отпущено земной жизни.
