Четыре ближайшие к Солнцу экзопланеты, вероятно, остались без атмосфер
Астрономы Института астрономии Кембриджского университета пришли к выводу, что все 4 известные экзопланеты звезды Барнарда, ближайшей к Солнцу одиночной звезды, с высокой вероятностью уже давно лишились своих атмосфер. Согласно моделированию, их первичные водородно-гелиевые оболочки были полностью утрачены не позднее чем через 2 млрд лет после формирования, а условия для появления вторичных атмосфер сегодня выглядят крайне неблагоприятными.
Авторы исследовали сразу несколько аспектов системы: устойчивость орбит, внутреннее строение планет, содержание воды в их мантиях и эволюцию атмосфер. Все 4 экзопланеты относятся к субземлям — каменистым планетам легче Земли. Они обращаются вокруг красного карлика всего за 2,34–6,74 дня и находятся ближе к своей звезде, чем Меркурий к Солнцу, поэтому постоянно подвергаются мощному рентгеновскому и экстремальному ультрафиолетовому излучению.
Расчёты показали, что именно это излучение должно было быстро уничтожить их первоначальные атмосферы. Для внутренних планет процесс мог занять около 10 млн лет, для внешних — порядка 100 млн лет. Даже при различных вариантах начальной массы атмосферы модели показывают, что ни одна из них не смогла бы сохраниться дольше 2 млрд лет, тогда как возраст самой звезды оценивается в 7–12 млрд лет.
Изображение сгенерировано: Nano Banana
Неутешительными оказались и оценки внутреннего строения планет. По химическому составу звезды авторы восстановили вероятный состав их недр и пришли к выводу, что мантии должны содержать большое количество ферропериклаза — минерала, который удерживает значительно меньше воды, чем основные минералы земной мантии. В результате общая водоёмкость мантий, по расчётам, составляет менее половины земной. Для крупнейшей планеты системы модель даёт около 1,52 объёма земных океанов против почти 3 объёмов в аналогичной модели Земли.
Недостаток воды сочетается с более слабым внутренним нагревом. По расчётам, современное радиогенное тепловыделение примерно в 2 раза ниже земного — около 12 ± 3 пикватт на килограмм магния против примерно 24 пикватт на Земле. Это означает менее активный вулканизм и значительно меньшие объёмы газов, которые могли бы пополнять атмосферу после её потери. При этом авторы отмечают, что возможный приливный нагрев из-за орбитальных резонансов пока нельзя ни подтвердить, ни исключить.
Выводы основаны исключительно на моделировании, а не на прямых наблюдениях. Их ещё предстоит проверить с помощью спектральных наблюдений. Для этого планируется использовать инструменты Европейского чрезвычайно большого телескопа (ELT), прежде всего спектрограф ANDES, который сможет искать признаки атмосферы у ближайших каменистых экзопланет. В дальнейшем новые данные ожидаются и от космической миссии PLATO, предназначенной для поиска и изучения небольших планет у близких звёзд.
© iXBT
