В созвездии Льва, на расстоянии около 124 световых лет от нас, находится удивительный мир, способный перевернуть наши представления о жизни во Вселенной. Речь идет об экзопланете K2-18 b, масса которой в 8,6 раза превышает массу нашей планеты.
K2-18 b вращается вокруг красного карлика K2-18 и относится к классу суперземель — планет, которые по массе превосходят Землю, но уступают газовым гигантам. Однако главный интерес вызывает не ее размер, а состав атмосферы. Наблюдения, проведенные в 2023 году с помощью космического телескопа NASA "Джеймс Уэбб", позволили выявить удивительные детали. Планета окутана плотной водородно-гелиевой атмосферой, в которой были обнаружены следы метана, углекислого газа и водяного пара. Эти соединения сами по себе уже вызывают интерес, но настоящей сенсацией стало возможное обнаружение диметилсульфида (DMS) — соединения, которое на Земле производится исключительно живыми организмами, в частности некоторыми видами планктона. Это открытие заставило ученых задуматься: может ли K2-18 b быть обитаемой?
Диметилсульфид: ключ к разгадке жизни?
DMS — это органическое соединение, которое на Земле тесно связано с биологическими процессами. Его возможное присутствие в атмосфере K2-18 b пока не является однозначным доказательством обитаемости этой далекой экзопланеты, но делает ее одним из самых перспективных кандидатов для подробного изучения. Ученые, разумеется, проявляют обоснованную осторожность в своих выводах. Дело в том, что теоретически DMS может образовываться и в результате небиологических (абиогенных) процессов, таких как бурная вулканическая активность или сложные — пока неизвестные науке — химические реакции в атмосфере. Более того, наблюдения за столь удаленным объектом сопряжены со значительными техническими сложностями, и даже самые навороченные телескопы могут давать неоднозначные результаты.
K2-18 b выделяется среди тысяч известных экзопланет своими уникальными характеристиками. Планета находится в "зоне обитаемости" своей звезды, где условия могут быть подходящими для существования жидкой воды. И действительно, данные указывают на возможность существования целого океана под плотной атмосферой, что делает K2-18 b представителем редкого класса планет — океанических миров. А возможное обнаружение DMS и других органических соединений делает K2-18 b одной из самых перспективных целей для поиска следов внеземной жизни. Дальнейшие исследования K2-18 b с помощью "Джеймса Уэбба" и телескопов следующего поколения помогут ученым лучше понять состав ее атмосферы и изучить процессы, протекающие на поверхности. Если наличие DMS подтвердится, то это станет важным шагом в наших поисках жизни за пределами Земли. Но даже если K2-18 b окажется безжизненной, ее изучение поможет нам лучше понять, как формируются и эволюционируют планеты в других звездных системах.
В созвездии Льва, на расстоянии около 124 световых лет от нас, находится удивительный мир, способный перевернуть наши представления о жизни во Вселенной. Речь идет об экзопланете K2-18 b, масса которой в 8,6 раза превышает массу нашей планеты.
K2-18 b вращается вокруг красного карлика K2-18 и относится к классу суперземель — планет, которые по массе превосходят Землю, но уступают газовым гигантам. Однако главный интерес вызывает не ее размер, а состав атмосферы. Наблюдения, проведенные в 2023 году с помощью космического телескопа NASA "Джеймс Уэбб", позволили выявить удивительные детали.
Планета окутана плотной водородно-гелиевой атмосферой, в которой были обнаружены следы метана, углекислого газа и водяного пара. Эти соединения сами по себе уже вызывают интерес, но настоящей сенсацией стало возможное обнаружение диметилсульфида (DMS) — соединения, которое на Земле производится исключительно живыми организмами, в частности некоторыми видами планктона. Это открытие заставило ученых задуматься: может ли K2-18 b быть обитаемой?
Диметилсульфид: ключ к разгадке жизни?
DMS — это органическое соединение, которое на Земле тесно связано с биологическими процессами. Его возможное присутствие в атмосфере K2-18 b пока не является однозначным доказательством обитаемости этой далекой экзопланеты, но делает ее одним из самых перспективных кандидатов для подробного изучения.
Ученые, разумеется, проявляют обоснованную осторожность в своих выводах. Дело в том, что теоретически DMS может образовываться и в результате небиологических (абиогенных) процессов, таких как бурная вулканическая активность или сложные — пока неизвестные науке — химические реакции в атмосфере. Более того, наблюдения за столь удаленным объектом сопряжены со значительными техническими сложностями, и даже самые навороченные телескопы могут давать неоднозначные результаты.
K2-18 b выделяется среди тысяч известных экзопланет своими уникальными характеристиками. Планета находится в "зоне обитаемости" своей звезды, где условия могут быть подходящими для существования жидкой воды. И действительно, данные указывают на возможность существования целого океана под плотной атмосферой, что делает K2-18 b представителем редкого класса планет — океанических миров. А возможное обнаружение DMS и других органических соединений делает K2-18 b одной из самых перспективных целей для поиска следов внеземной жизни.
Дальнейшие исследования K2-18 b с помощью "Джеймса Уэбба" и телескопов следующего поколения помогут ученым лучше понять состав ее атмосферы и изучить процессы, протекающие на поверхности. Если наличие DMS подтвердится, то это станет важным шагом в наших поисках жизни за пределами Земли. Но даже если K2-18 b окажется безжизненной, ее изучение поможет нам лучше понять, как формируются и эволюционируют планеты в других звездных системах.
Экзопланета TOI-2431 b, расположенная в 117 световых годах от Земли, побила все рекорды скорости вращения вокруг своей звезды. За время одного земного года эта экстремальная планета размером с Землю успевает совершить почти 1 600 оборотов!
Такая невероятная скорость возможна благодаря крайне близкому расположению к своему красному карлику. Один год на TOI-2431 b длится всего 5,5 земных часов. Представьте: вы просыпаетесь утром на этой планете, а к обеду уже наступает Новый год!
Из-за экстремально сильного влияния приливных сил со стороны родительской звезды планета имеет искаженную, вытянутую форму.
Экзопланета TOI-2431 b, расположенная в 117 световых годах от Земли, побила все рекорды скорости вращения вокруг своей звезды. За время одного земного года эта экстремальная планета размером с Землю успевает совершить почти 1 600 оборотов!
Такая невероятная скорость возможна благодаря крайне близкому расположению к своему красному карлику. Один год на TOI-2431 b длится всего 5,5 земных часов. Представьте: вы просыпаетесь утром на этой планете, а к обеду уже наступает Новый год!
Из-за экстремально сильного влияния приливных сил со стороны родительской звезды планета имеет искаженную, вытянутую форму.
«Это подтверждает, что K2-18 b — наш лучший шанс изучить потенциальную пригодную для жизни среду за пределами Солнечной системы на данный момент».
На этой иллюстрации художника изображена планета K2-18 b, её звезда-хозяин и сопутствующая планета в этой системе. K2-18 b — единственная известная экзопланета класса «суперземля», на которой есть вода и температура, пригодная для жизни.(Изображение предоставлено: ESA/Hubble, M. Kornmesser)
Сага вокруг экзопланеты K2-18 b размером с Нептун, «суперземли», стала гораздо интереснее. Если коротко, то это планета, которую группа учёных недавно предположила как возможную среду для жизни, к большому разочарованию других учёных, которые посчитали, что это заявление не было продиктовано необходимыми мерами предосторожности.
«Это, безусловно, повысило вероятность наличия жизни на K2-18b », — рассказал Space.com Никку Мадхусудхан, учёный из Кембриджского университета, стоящий за открытием K2-18b и новым исследованием. «Это очень важное открытие, которое ещё больше повышает вероятность существования хейской среды на K2-18b. Оно подтверждает, что K2-18b — наш лучший шанс изучить потенциальную обитаемую среду за пределами Солнечной системы в настоящее время».
История с обитаемостью K2-18 b началась еще в апреле 2025 года, когда Мадхусудхан и его коллеги-исследователи из Кембриджского университета объявили, что нашли то, что они назвали «самым убедительным на сегодняшний день доказательством» существования жизни за пределами Солнечной системы вокруг этой далекой суперземли (она примерно в девять раз массивнее нашей планеты).
Доказательства были получены в результате предварительного обнаружения молекул, которые, будучи обнаруженными в атмосфере Земли, обычно являются результатом биологических процессов, происходящих в организме живых существ. Затем возникла необходимость подтвердить наличие этих потенциальных биосигнатур : диметилсульфида и диметилдисульфида.
Группа исследователей приступила к работе, наблюдая четыре отдельных случая пересечения (транзита) K2-18 b диска своего красного карлика, находящегося на расстоянии около 124 световых лет от нас, в течение его обращения по орбите примерно за 33 земных дня. Поскольку химические вещества поглощают и излучают свет на характерных длинах волн, когда свет от родительской звезды проходит через атмосферу планеты, молекулы в этой атмосфере оставляют свои характерные следы в спектре звёздного света.
«Благодаря четырём дополнительным наблюдениям транзитов с помощью JWST мы измерили спектр атмосферы K2-18b с беспрецедентной точностью», — рассказал Space.com Жэнью Ху, руководитель группы нового исследования и научный сотрудник Лаборатории реактивного движения НАСА. «Спектр позволил нам однозначно обнаружить наличие метана и углекислого газа в атмосфере планеты и определить их содержание. Эта информация указывает на наличие на планете богатых водой недр ».
Ху пояснил, что группа искала сигналы диметилсульфида и других органических молекул серы в спектре, используя несколько независимых моделей, но не нашла убедительных доказательств их присутствия.
«Это не обязательно разочаровало нас», — продолжил Ху. «Мы рады, что нам удалось установить, насколько богата вода на планете».
Является ли K2-18 океаническим миром?
Заявив, что теперь подтверждено, что K2-18b богата водой, Ху пояснил, что следующим шагом будет выяснение, есть ли на планете глобальный океан жидкой воды.
По иронии судьбы, одним из самых позитивных признаков наличия такого океана является тот факт, что в атмосфере этой суперземли, по-видимому, отсутствует водяной пар.
«Полученный нами спектр не показывает следов водяного пара. Если в атмосфере действительно нет воды, это говорит о её истощении — скорее всего, в результате конденсации», — сказал Ху. «На Земле этот процесс известен как „холодная ловушка“, и геологи считают его необходимым для удержания воды в течение миллиардов лет, предотвращая её утечку в космос».
«Наблюдение аналогичного процесса на экзопланете было бы очень увлекательным. Строгое подтверждение отсутствия воды само по себе может стать важной научной целью будущих наблюдений», — сказал Ху.
Однако Ху предупредил, что спектр, обнаруженный JWST , можно объяснить и альтернативной моделью, согласно которой атмосфера на самом деле содержит большое количество водяного пара.
Иллюстрация того, как мог бы выглядеть вид с K2-18 b, если бы это действительно был океанический мир.(Изображение предоставлено: ИИ, созданный Шан-Мин Цаем/UCR))
По словам Ху, для определения наличия на K2-18b и других подобных планетах умеренного климата, размером с Нептун , океанов жидкой воды потребуется также обнаружить присутствие более широкого спектра атмосферных газов, помимо метана и углекислого газа. Также потребуется убедиться в отсутствии таких молекул, как аммиак, угарный газ и диоксид серы, которые до сих пор не были обнаружены в атмосфере K2-18b.
«Этот вывод основан на теоретических работах моей группы и нескольких других учёных», — добавил Ху. «Благодаря новым наблюдениям, дающим ценный контекст, мы обобщили эти выводы в виде плана действий, который поможет нам в будущих наблюдениях и исследованиях».
Между тем, поиск биосигнатур — диметилсульфида и диметилдисульфида — далек от завершения; хотя это исследование и не достигло уровня значимости, необходимого для подтверждения, оно все же предоставило более сильный сигнал от этих молекул, чем предыдущие проверки.
«Данные, подтверждающие наличие диметилсульфида в настоящей работе, значительно превышают те, которые мы получили в ходе наших предыдущих наблюдений в том же ближнем инфракрасном диапазоне длин волн», — сказал Мадхусудхан. «Однако эти данные всё ещё недостаточно убедительны для окончательного подтверждения обнаружения».
«Нам также необходимо уметь отличать диметилсульфид от других возможных источников загрязнения, таких как метилмеркаптан, который также является биосигнатурой на Земле».
Похоже, K2-18 b будет по-прежнему привлекать внимание астрономов еще долгое время.
«Замечательно, что мы можем выявлять предварительные признаки потенциальных биосигнатур с помощью текущих наблюдений JWST, но для окончательного обнаружения требуется значительно больше времени. Ключевой вопрос заключается в том, содержит ли атмосфера одну или несколько биосигнатур», — сказал Мадхусудхан. «В то же время необходимы обширные теоретические и экспериментальные исследования для надёжного определения биологических и небиологических путей молекул-кандидатов на биосигнатуры».
Однако команда уверена в одном: достигнутый на сегодняшний день прогресс в изучении K2-18 b был бы невозможен без JWST. Этот космический телескоп стоимостью 10 миллиардов долларов призван сыграть ключевую роль в будущем изучении этой суперземли.
«Наши наблюдения и анализы пополняют растущий список захватывающих открытий, которые подчёркивают поистине революционные научные достижения JWST», — заключил Ху. «Мы обнаружили, что его спектрограф ближнего инфракрасного диапазона [NIRSpec] особенно хорошо подходит для достижения целей нашего исследования, однако другие инструменты JWST или режимы наблюдений могут предоставить дополнительную и чрезвычайно ценную информацию для дальнейшего углубления наших знаний об этой планете».
Исследование группы доступно в виде препринта в репозитории arXiv.
Специалисты Исследовательского центра NASA имени Эймса разработали ExoMiner++ — открытое программное обеспечение на базе искусственного интеллекта для поиска экзопланет. Алгоритм, обученный на данных миссий Kepler и TESS, уже выявил 7000 новых кандидатов, значительно ускорив процесс обработки гигантских массивов накопленной информации.
На этом художественном изображении показана звезда TRAPPIST-1 с двумя планетами, проходящими перед ней. ExoMiner++, недавно обновленный пакет программного обеспечения с открытым исходным кодом, разработанный NASA, использует искусственный интеллект для поиска новых транзитных экзопланет в данных, собранных в ходе миссий NASA
Основная трудность при поиске экзопланеты методом транзита заключается в «шуме»: яркость звезды может меняться не только из-за планеты, которая проходит по ее диску, но и из-за пятен на поверхности звезды или присутствия другой звезды. Экзопланета-кандидат — это лишь потенциальный объект. Чтобы превратить его в «подтвержденную планету», нужно доказать, что сигнал не является инструментальной ошибкой или помехой от другого космического тела, что и делает ИИ, анализируя кривые блеска с высокой точностью. «Золотым стандартом» все равно остается подтверждение, полученное наземными телескопами, но они точно знают, куда смотреть и что искать.
На сегодняшний день астрономам известно более 6000 планет за пределами Солнечной системы, и большая часть этих открытий была сделана благодаря телескопам Kepler и TESS. Но объем накопленной информации настолько велик, что человеческих ресурсов и классических методов анализа не хватает для проверки всех сигналов.
Искусственный интеллект стал незаменимым инструментом в этой области, позволяя просеивать сотни тысяч сигналов в поисках характерных признаков транзита — момента, когда планета проходит перед диском звезды, слегка приглушая ее свет.
Художественное изображение спутника NASA Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), запущенного в 2018 году и обнаружившего на данный момент почти 700 экзопланет. Программное обеспечение NASA ExoMiner++ работает над идентификацией дополнительных планет в данных TESS с помощью искусственного интеллекта.
Новая версия программы, ExoMiner++, обладает уникальной способностью работать с данными сразу двух разных миссий, несмотря на различия в их стратегии наблюдения. Пока алгоритм фокусируется на проверке уже выявленных сигналов, отделяя настоящие планеты от ложноположительных событий, таких как затменные двойные звезды. Работа опубликована в журнале Astronomical Journal.
Цифровое будущее астрономии
Масштабируемость технологии позволяет ученым надеяться на лавинообразный рост открытий в ближайшие годы. Важной особенностью проекта является его полная открытость: исходный код доступен на GitHub, что соответствует принципам «золотого стандарта» науки NASA.
Этот кадр показывает график потемнения, которое происходит, когда планета проходит перед своей звездой. Миссии NASA Kepler и TESS обнаруживают экзопланеты, ища эти транзиты. ExoMiner++ использует искусственный интеллект, чтобы помочь отделить реальные транзиты планет от других, похожих астрономических явлений.
Соавтор работы и один из разработчиков модели Мигель Мартиньо отмечает: «Когда у вас есть сотни тысяч сигналов, как в данном случае, это идеальное место для внедрения технологий глубокого обучения».
Благодаря автоматизации рутинных процессов, исследователи могут сосредоточиться на подтверждении наиболее перспективных кандидатов с помощью наземных телескопов. В будущем команда планирует научить ExoMiner++ самостоятельно находить сигналы в «сырых» данных, что станет критически важным для обработки информации от новейшего телескопа Nancy Grace Roman Space Telescope. Совместная работа человека и машины превращает NASA в глобальную открытую лабораторию, где каждый исследователь может внести вклад в изучение космоса.
23 июня 2007 года марсоход NASA "Спирит", бороздивший марсианские просторы с 4 января 2004 года, сделал то, что обычно считается нежелательным для планетоходов – он переехал камень. Операторы на Земле стараются избегать таких ситуаций, чтобы не повредить чувствительное оборудование аппарата или его колеса. Но именно эта случайность подарила ученым ключ к разгадке марсианских тайн.
Камень, получивший романтичное название "Невинный Свидетель" (англ. Innocent Bystander), оказался не таким уж и крепким. Он легко раскололся под весом 185-килограммового марсохода, обнажив свое внутреннее содержимое. И это содержимое заставило ученых затаить дыхание.
Что скрывал "Невинный Свидетель"?
Анализ показал, что внутри камня скрывался настоящий клад – опаловый кремнезем. Для обычного человека это может звучать не слишком впечатляюще, но для ученых это было сродни находке сокровищ пиратов.
Дело в том, что опаловый кремнезем формируется в очень специфических условиях – в глубоководных гидротермальных жерлах. Проще говоря, этот камень когда-то лежал на дне океана, омываемый потоками горячей воды, бьющей из трещин в марсианской коре.
Марс – планета океанов?
"Невинный Свидетель" стал одним из первых весомых доказательств того, что когда-то на Марсе действительно была вода. И не просто лужицы или небольшие озера, а настоящие океаны, покрывавшие значительную часть планеты.
Это открытие заставило ученых по-новому взглянуть на историю Марса. Если на планете были океаны, значит, когда-то там могла существовать и жизнь...
Наследие "Спирита"
Открытие "Невинного Свидетеля" маленьким, но гордым марсоходом "Спирит", миссия которого завершилась 25 мая 2011 года, стало поворотным моментом в изучении Красной планеты. Это находка проложила путь к новым, более глубоким исследованиям марсианского прошлого.
Сегодня дело "Спирита" продолжают его более совершенные собратья – марсоходы Curiosity и Perseverance. Они, вооруженные передовыми научными инструментами, неустанно собирают данные, помогающие ученым воссоздать историю Марса.
Благодаря этим исследованиям, у нас теперь практически нет сомнений в том, что в далеком прошлом Марс был совершенно иным миром. Планета обладала плотной атмосферой, на ее поверхности бурлили реки, простирались глубокие озера и плескались огромные океаны. Марс прошлого разительно отличался от той холодной, сухой пустыни, которую мы видим сегодня.
Однако, несмотря на все эти открытия, один важный вопрос остается без ответа: была ли когда-нибудь жизнь на Марсе? Или, может быть, она существует там и сейчас, скрываясь от наших глаз? Эта загадка продолжает волновать умы ученых и вдохновлять новые миссии.
Так, маленький камень, случайно раздавленный "Спиритом", не только раскрыл тайны марсианского прошлого, но и подтолкнул нас к новым захватывающим исследованиям. Кто знает, какие еще удивительные открытия ждут нас на Красной планете?
Недавняя оценка данных, полученных с помощью космического телескопа NASA "Кеплер", запущенного 6 марта 2009 года специально для поиска экзопланет (планет вне Солнечной системы), рисует впечатляющую картину: в Млечном Пути могут существовать сотни миллионов планет, которые попадают в категорию "потенциально обитаемых" — то есть похожих на Землю по размеру и находящихся в обитаемой зоне своих звезд. По наиболее консервативным подсчетам число таких миров составляет 300 миллионов.
Во-первых, расстояние до родительской звезды. Обитаемая зона (ее часто называют "зоной Златовласки") — это диапазон орбит, где при подходящих условиях на поверхности небесного тела может стабильно присутствовать жидкая вода. Но важно понимать, что нахождение в этой зоне не гарантирует, что жидкая вода там действительно есть. Все решают детали — атмосфера, давление, состав самой планеты, облачность, геологические особенности. Яркий пример — Марс. Он находится на внешней границе зоны обитаемости Солнечной системы, но жидкой воды на поверхности давно нет.Во-вторых, тип звезды. Особое внимание уделяется звездам класса G, похожим на наше Солнце. Связано это с тем, что они демонстрируют продолжительную — даже по космическим меркам — стабильность, а значит, обеспечивают более устойчивый климат на планетах. Плюс у нас есть готовый "эталон" для сравнения: мы точно знаем, что при таких условиях жизнь однажды уже возникла. Наблюдения вкупе с моделированием показывают, что около 18–22% солнцеподобных звезд располагают "землеподобными" планетами в обитаемой зоне."Зачем астрономы вообще охотятся за водой? Может быть, жизнь способна зародиться и существовать без нее", — скажет диванный эксперт широкого профиля.Нафантазировать можно многое, но в поисках полезно учитывать реальный опыт (жизнь на Земле). Исходя из него, вода — ключевой фактор для жизни, потому что это универсальный и самый распространенный во Вселенной растворитель: в жидкой воде проще всего протекают химические реакции, из которых могут складываться сложные органические структуры.
Но даже факт обнаружения землеподобной экзопланеты с морями и океанами, вращающейся в обитаемой зоне вокруг солнцеподобной звезды, не будет означать, что "там точно кто-то живет". Такой объект будет рассматриваться лишь как "потенциально обитаемый".Самое приятное в исследовании то, что часть таких миров может быть на относительно небольшом расстоянии от нас: оценки допускают несколько кандидатов в пределах примерно 30 световых лет. И именно они станут главными целями для телескопов будущего, которые смогут детально анализировать химический состав их атмосфер и, возможно, даже построить карты распределения температур и облачности.
Представьте планету, которая примерно на четверть больше Юпитера, но при этом находится так же близко к своей звезде, как Меркурий к Солнцу. А теперь добавьте невероятную деталь — эта планета поглощает 99% падающего на нее света, что делает ее чернее любого известного природного материала на Земле.
Экзопланета TrES-2b, находящаяся на расстоянии около 750 световых лет от Земли, стала настоящей диковинкой для астрономов. Этот мир, классифицируемый как "горячий юпитер", примерно в 1,2 раза массивнее Юпитера. При этом экзопланета поглощает свет эффективнее, чем уголь (поглощает 96% света) или даже свежий асфальт (поглощает 97% света).
Причина такой необычной черноты кроется в экстремальных условиях на планете:
Средняя температура составляет 1 600 градусов, что переводит некоторые нетипичные компоненты атмосферы (натрий и калий) в газообразное состояние.
В атмосфере присутствуют испаренные натрий и калий, а также оксид титана, создающие уникальную химическую среду.
При такой высокой температуре эти вещества взаимодействуют особым образом, что приводит к исключительному поглощению света.
Кроме того, в атмосфере TrES-2b, скорее всего, отсутствуют отражающие облака, подобные тем, что делают Юпитер таким ярким, несмотря на его удаленность от Солнца.
Экзопланета TrES-2b была открыта 21 августа 2006 года транзитным методом* с помощью наземного телескопа TrES, но ее уникальные свойства были выявлены позже благодаря совместным наблюдениям нескольких инструментов. Космический телескоп NASA "Кеплер" измерил невероятно низкое альбедо (отражательная способность) планеты, а телескоп NASA "Спитцер" помог исследовать ее тепловое излучение, подтвердив экстремальные условия, царящие в атмосфере. На полный оборот вокруг родительской звезды, представленной красным карликом, TrES-2b нужно менее чем 2,5 земных дня. Для сравнения, Меркурий совершает оборот вокруг Солнца за 88 земных дней.
*Метод транзита — один из основных способов обнаружения экзопланет, который заключается в наблюдении за уменьшением яркости звезды, когда перед ней проходит планета.
Эта загадочная экзопланета не просто расширила наши представления о возможных свойствах небесных тел — она показала, что даже базовые характеристики планет, такие как отражательная способность, могут выходить за пределы всего, что мы знали ранее. В то время как Земля отражает около 30% падающего на нее солнечного света, а Луна — 12%, существование планеты, поглощающей 99% излучения, заставляет задуматься: какие еще удивительные объекты скрываются в глубинах Вселенной, терпеливо дожидаясь своего момента открытия?
Интересный факт: кольца Сатурна настолько большие и яркие, что их видно в относительно небольшие телескопы с Земли с расстояния, превышающего миллиард километров.
Исследователи из Института внеземной физики Общества Макса Планка и Европейского космического агентства провели моделирование условий на спутниках экзопланет, покинувших свои системы. Астрономы показали, что такие луны могут сохранять тепло миллиарды лет благодаря плотным водородным атмосферам.
Как водородная атмосфера сохраняет тепло. Обычно молекула водорода (H2) почти не задерживает тепло, так как она симметрична и не взаимодействует с инфракрасным светом привычным образом. Но в условиях сверхвысокого давления молекулы сталкиваются так часто и сильно, что их электрические заряды на мгновение смещаются. В этот миг пара молекул начинает работать как единая сложная структура, способная поглощать тепловое излучение. Это превращает прозрачный газ в мощный «парник», спасающий спутник планеты от охлаждения.
Астрономы обнаружили сотни планет-сирот, покинувших родные системы и дрейфующих в межзвездном пространстве. Лишенные тепла родительских звезд, эти миры кажутся замерзшими пустынями, но их спутники могут скрывать оазисы жизни. В процессе выброса планеты из системы орбита ее луны часто становится сильно сильно вытянутой.
Мощные приливные силы со стороны планеты-хозяина заставляют недра спутника деформироваться, порождая колоссальное количество внутреннего тепла, подобно тому, как это происходит на спутнике Юпитера Европе или спутнике Сатурна Энцеладе в нашей Солнечной системе. Главным фактором выживания становится состав атмосферы: если она состоит из водорода и находится под высоким давлением, этот газ превращается в настоящее «одеяло», удерживающее энергию внутри.
При экстремальном давлении молекулы водорода начинают поглощать тепло. В моменты сближения они образуют временные комплексы, которые задерживают инфракрасное излучение не хуже углекислого газа или метана. Работа опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Это позволяет избежать конденсации газов и быстрого остывания поверхности. Соавтор работы Давид Дальббюдинг поясняет: «Такая луна могла бы иметь температуру поверхности, достаточную для поддержания воды в жидком состоянии без тепла звезды, что значительно расширяет возможности для возникновения жизни во Вселенной». Хотя обнаружить такие атмосферы в ближайшее время будет крайне сложно, математические модели подтверждают их стабильность.
Миллиарды лет тепла
Проведенное моделирование объединило расчеты температурных режимов с данными об эволюции орбит. Выяснилось, что при давлении, в сто раз превышающем земное, эффект поглощения инфракрасного излучения водородом создает условия для существования жидкой воды на протяжении 4,3 миллиарда лет. Это сопоставимо с возрастом Земли и дает достаточно времени для потенциального биологического развития. Водород выступает не только как парниковый газ, но и как стабильный фон для других соединений, таких как аммиак или водяной пар, которые тоже помогают удерживать тепло.
Ученые проводят параллели с ранней историей Земли. Считается, что до появления жизни атмосфера Земли была богаче водородом, а частые удары астероидов могли создавать кратковременные скачки давления. Подобная среда могла способствовать формированию молекул РНК. Изучение далеких блуждающих миров помогает лучше понять химические процессы, давшие старт земной эволюции, объединяя астрофизику и биологию в поисках ответа на вопрос о происхождении жизни.
Кадр, представленный ниже, был получен космическим аппаратом NASA "Кассини" 12 марта 2012 года. И это не просто очередная красивая космическая фотография, а карта будущего — направление, по которому человечество пойдет в поисках жизни за пределами Земли.
На переднем плане — ледяной 504-километровый спутник Сатурна Энцелад. Его поверхность покрыта толстой коркой льда, средняя толщина которой составляет внушительные 20 километров. Но под ней скрывается глобальный подповерхностный океан. Из глубоких разломов на южном полюсе, носящих поэтическое название "тигровые полосы", регулярно вырываются струи водяного пара и ледяных частиц — гейзерная активность, выбрасывающая в открытый космос материал, который берется непосредственно из океана.
"Кассини" несколько раз пролетал сквозь гейзеры Энцелада, осуществляя анализ образцов прямо налету. В ходе этих операций аппарат обнаружил сложные органические молекулы, аммиак, метан, соли и фосфаты. Кроме того, недавний повторный анализ данных показал, что океан Энцелада существенно теплее, чем предсказывали модели, а еще он очень стабильный и, определенно, существует очень давно. Все это является косвенным доказательством того, что перед нами очень перспективное место для зарождения и поддержания жизни, какой мы ее знаем по земному опыту. Вероятно, Энцелад уже является обитаемым миром.
На заднем плане изображения — Титан, гигантский спутник со средним диаметром 5 152 километров. Этот мир крупнее Меркурия (средний диаметр 4 879 километров) и почти в 1,5 раза больше Луны. Титан — единственный спутник в Солнечной системе, наделенный атмосферой (она даже на 50% плотнее земной), и на поверхности которого есть устойчивые "водоемы", представляющие собой углеводородные "коктейли": реки, озера и моря из жидких метана и этана. В этих "водоемах", при температуре ниже -180 градусов Цельсия, могут протекать химические процессы, совершенно чуждые земной биохимии — но, возможно, не менее сложные.
Энцелад предлагает нам жидкую воду и органику — основу земной жизни. Титан — жидкость, но другую, и атмосферу, способную поддерживать необычные формы химической эволюции.
Оба мира — не просто интересные объекты. Они — две природные лаборатории для проверки независимых гипотез о том, как может возникнуть жизнь в космосе. И на этом снимке два таких разных небесных тела, представляющих колоссальный научный интерес, символически разделены кольцами Сатурна.
20 октября 2014 года была открыта комета C/2014 UN271 Бернардинелли-Бернштейна (далее UN271), которая оказалась настоящим колоссом среди своих "сестер". Ее средний диаметр составляет 120-150 километров! Для сравнения, знаменитая комета 67P/Чурюмова-Герасименко, которую исследовал космический аппарат ESA "Розетта", имеет диаметр всего четыре километра.
Ядро UN271 примерно в 50 раз больше ядра типичной кометы, а масса этого космического гиганта оценивается в 500 триллионов тонн — это в 100 000 раз больше массы обычной кометы! По размерам UN271 сопоставима с астероидом Аврелия, который является одним из крупнейших объектов пояса астероидов, что находится между орбитами Марса и Юпитера.
Момент открытия UN271 стал рекордным по дальности обнаружения кометы — астрономы впервые заметили ее на расстоянии 4,3 миллиарда километров от Солнца. Для масштаба: среднее расстояние между Солнцем и Нептуном составляет 4,55 миллиарда километров.
Родиной этого космического гиганта являетсяоблако Оорта— гипотетическая сферическая область на окраине Солнечной системы. Это своеобразный "питомник" долгопериодических комет и малых ледяных тел, расположенный на расстоянии от 2 000 до 200 000 астрономических единиц (а.е.*) от Солнца. Именно оттуда прилетают многие кометы, включая эту гигантскую путешественницу.
*Одна а.е. — это среднее расстояние между Землей и Солнцем, составляющее примерно 150 миллионов километров.
Интересно, что изначально UN271 приняли за астероид. Только в 2021 году, когда объект находился на расстоянии 3,1 миллиарда километров от Солнца, астрономы заметили признаки кометной активности. Это удивительно, ведь на таком огромном расстоянии температура крайне низкая, и для начала сублимации льдов нужны особые условия.
Сейчас комета продолжает свое путешествие к внутренней области Солнечной системы. В январе 2031 года она достигнет перигелия — ближайшей к Солнцу точки своей орбиты, пролетев мимо системы Сатурна. После этого UN271 начнет долгий путь обратно в облако Оорта, и следующая встреча с ней состоится не раньше, чем через... три миллиона лет.
Комета UN271, безусловно, представляет большой интерес для ученых. Хотя этот объект и не подлетит близко к Земле, современные телескопы и методы анализа позволят астрономам получить ценные данные о физических свойствах, размерах и даже составе этой уникальной кометы-гиганта.
Изучение UN271 расширит наши знания об объектах, населяющих далекое и малоизученное облако Оорта, а также, возможно, даст дополнительную информацию о ранних этапах формирования Солнечной системы.
Так что в ближайшее десятилетие астрономы будут внимательно следить за UN271, стараясь по максимуму использовать эту редкую возможность исследовать столь далекого и необычного "гостя" из облака Оорта. И очень жаль, что мы не можем получить образцы с поверхности этого бесценного — с научной точки зрения — объекта.
Периодически на просторах интернета встречается утверждение, что Юпитеру "чуть-чуть не хватило массы" для превращения в звезду. На деле же это серьезное искажение реальности: разница между массой Юпитера и минимальной звездной массой колоссальна.
В настоящее время Юпитер генерирует значительное количество энергии за счет гравитационного сжатия. Планета ежегодно сокращается примерно на два сантиметра, преобразуя гравитационную потенциальную энергию в тепловую. Этот процесс приводит к общему излучению в 335 триллионов ватт – примерно на 67% больше энергии, чем газовый гигант получает от Солнца.
При всей мощи этих процессов, температура в ядре Юпитера достигает лишь 24 000 градусов Цельсия, тогда как для начала термоядерных реакций необходима температура около семи миллионов градусов. Достижение такой температуры требует значительно большего гравитационного давления.
Предел Кумара
Для запуска термоядерных реакций масса объекта должна превышать так называемый предел Кумара – около 80 масс Юпитера (или примерно 0,08 массы Солнца). Это минимальная масса, необходимая для создания достаточного давления и температуры в ядре для начала термоядерных реакций.
Текущие параметры
Масса Юпитера составляет 1,9 × 10^27 килограммов. Для достижения звездного статуса требуется масса около 1,6 × 10^29 килограммов. При такой массе гравитационное сжатие создало бы необходимые условия для самоподдерживающихся термоядерных реакций, превратив планету в красный карлик — самый маломассивный тип звезд.
Существующая масса Юпитера оптимальна для текущей конфигурации Солнечной системы. Его гравитационное влияние играет ключевую роль в поддержании стабильности орбит других планет (особенно Марса) и защите внутренней Солнечной системы от крупных астероидов и комет. Достаточно вспомнить драматическое столкновение кометы Шумейкеров — Леви 9 с Юпитером в 1994 году – планета-гигант приняла удар на себя.
Гравитационное поле Юпитера отклоняет или захватывает большинство крупных комет и астероидов, которые могли бы достичь внутренних планет (включая Землю). Кроме того, его влияние структурирует пояс астероидов.
Помимо гравитационного влияния, Юпитер обладает мощнейшей в Солнечной системе (после Солнца) магнитосферой. Его магнитное поле в 14 раз сильнее земного, что обеспечивает дополнительную защиту как собственным спутникам, так и внутренней части Солнечной системы.
В 1976 году мир затаил дыхание: на поверхности Марса было обнаружено нечто, напоминающее гигантское человеческое лицо. Это открытие породило множество теорий заговора и фантастических гипотез. Однако спустя четверть века наука предоставила убедительное объяснение этому феномену, раскрыв тайну, которая долгое время будоражила умы людей по всему миру.
25 июля 1976 года космический аппарат NASA "Викинг-1", исследуя поверхность Красной планеты с орбиты, сделал снимок, который вскоре стал сенсацией. На фотографии отчетливо проступали очертания, напоминающие человеческое лицо. Огромная структура, размером около трех километров в поперечнике, казалась слишком правильной, чтобы иметь естественное происхождение.
Энтузиасты и уфологи быстро подхватили эту идею. Как грибы после дождя стали появляться публикации о древней марсианской цивилизации, о посланиях, оставленных для человечества, и даже о связи между пирамидами Египта и этим марсианским "артефактом".
Научный подход
Ученые NASA с самого начала скептически отнеслись к идее искусственного происхождения "лица". Они объясняли феномен игрой света и тени, а также низким разрешением камер "Викинга-1". Однако убедить общественность было непросто: многие банально предпочитали верить в загадочные цивилизации, чем разбираться в каких-то там геологических процессах.
Точку в этом вопросе поставил орбитальный аппарат NASA Mars Global Surveyor (MGS). 8 апреля 2001 года он сделал новые, гораздо более четкие снимки той же области. Высокое разрешение камер MGS позволило увидеть, что "лицо" на самом деле является обычным выветренным холмом.
Изображения показали естественные геологические формации без каких-либо признаков искусственного происхождения. "Лицо" оказалось частью комплекса столовых гор в регионе Кидония (лат. Cydonia) — области, известной своими необычными ландшафтами.
Уроки парейдолии
История "лица на Марсе" стала классическим примером парейдолии — психологического феномена, при котором человек видит знакомые образы и формы в случайных изображениях и/или узорах. Мы эволюционировали так, чтобы с помощью глаз искать знакомые шаблоны и распознавать осмысленные образы, но порой это приводит к "обнаружению" структур там, где их на самом деле нет. По этой причине многие из нас, глядя на облака, могут увидеть в них лица, животных и даже целые сценки.
Этот случай подчеркивает важность критического мышления и научного подхода. Он также демонстрирует, как развитие технологий позволяет нам лучше исследовать и понимать окружающий мир, развенчивая мифы и предоставляя точные данные.
Заключение
"Лицо на Марсе" из загадочного артефакта превратилось в интересный урок о том, как работает наука и как устроено человеческое восприятие. Эта история напоминает нам о важности скептицизма, необходимости проверки фактов и о том, что реальность часто оказывается не менее захватывающей, чем самые смелые фантазии.
Сегодня, когда мы продолжаем исследовать Марс с помощью все более совершенных технологий, мы открываем новые, действительно удивительные факты о Красной планете. И кто знает, какие еще тайны скрывает этот загадочный мир.
Вспомните свои школьные уроки астрономии. Долгие годы мы были убеждены, что в нашей Солнечной системе есть девять планет. Это было так же очевидно, как то, что Земля круглая, а Солнце встает на востоке.
Но в 2006 году произошло нечто удивительное — количество планет официально сократилось до восьми. Что же стало тому причиной?
Я объясню вам, почему Плутон потерял статус планеты, и сделаю это настолько просто, что поймет даже ребенок.
Что случилось с Плутоном?
Летом 2006 года астрономы из разных стран собрались на важную встречу. Их целью было четко определить, какое небесное тело можно считать планетой Солнечной системы. Для этого они установили три главных правила. Давайте проверим, соответствует ли им Плутон.
Правило первое: вращение вокруг Солнца
С этим у Плутона все в порядке — он действительно вращается вокруг нашего светила. Первое правило выполняется!
Правило второе: форма тела
Планета должна быть достаточно большой и тяжелой, чтобы под действием собственной гравитации принять шарообразную форму. Плутон, хоть и маленький, но все же достаточно массивный, чтобы быть круглым. Второе правило тоже выполняется!
Правило третье: чистота орбиты
А вот здесь начинаются проблемы. За миллиарды лет своего существования планета должна либо притянуть к себе все более мелкие объекты поблизости, либо оттолкнуть их подальше. То есть "навести порядок" на своей орбите.
У Плутона с этим не сложилось. Вокруг него летает множество космических тел схожего размера. Получается, что Плутон не стал полноправным хозяином своей орбиты.
24 августа 2006 года Плутон официально перестал быть планетой.
Настоящие планеты, такие как Земля или Юпитер, за миллиарды лет своего существования либо притянули к себе, либо оттолкнули почти все крупные объекты на своей орбите (не считая спутников). Они стали "хозяевами" своих орбитальных путей. Плутон же оказался просто одним из многих объектов в поясе Койпера — области на окраине Солнечной системы, где находится множество ледяных тел.
Что же такое Плутон?
Теперь Плутон называют "карликовой планетой". Это значит, что он похож на планету (вращается вокруг Солнца и имеет форму шара), но не является полноценным "хозяином" своей орбиты. Он как младший брат больших планет — важный член Солнечной системы, но в другой весовой категории.
Теперь вы знаете, почему Плутон больше не считается планетой. Но от этого он не стал менее удивительным — ведь это целый ледяной мир с подповерхностным океаном на краю Солнечной системы.
Астрономы нашли у аналога Солнца TOI-7510 третью экзопланету и определили, что все три тела близки к конфигурации цепочки резонансов Лапласа. Они представляют собой экзогиганты, причем один из них — суперпухлый. Препринт работы доступен на сайте arXiv.org.
Параметры орбиты — это одни из ключевых показателей для понимания свойств, механизмов возникновения и хода эволюции экзопланет. В частности, приливный захват и планетарная миграция способны объяснить свойства многих горячих короткопериодных экзопланет, а орбитальные резонансы — формирование компактных мультипланетных систем.
Группа астрономов во главе с Хосе-Мануэлем Альменарой (Jose Manuel Almenara) из Женевской обсерватории сообщила об обнаружении нового примера цепочки орбитальных резонансов экзопланет. Ученые проанализировали данные наблюдений за системой звезды TOI-7510 космических телескопов TESS и CHEOPS, наземного спектрографа CORALIE, а также наземного телескопа ASTEP.
Звезда TOI-7510 — это аналог Солнца возрастом около трех миллиардов лет с массой 1,053 массы Солнца и радиусом 1,03 радиуса Солнца, который находится в 799 световых годах от Земли. Ранее у светила найдены две транзитные экзопланеты, однако для одной из них колебания времени транзита оказались аномально большими, что связали с наличием в системе еще одного тела. Оказалось, что дополнительный объект действительно в ней есть. Орбитальные периоды экзопланет TOI-7510b, TOI-7510c и TOI-7510d составляют 11,5, 22,6 и 48,9 дня соответственно, что близко к соотношению 4:2:1 и цепочке резонансов Лапласа. В нашей Солнечной системе резонанс Лапласа применим к спутникам Юпитера Ио, Европе и Ганимеду.
Измеренные радиусы TOI-7510b, TOI-7510c и TOI-7510d составляют 0,65, 0,96 и 0,94 радиуса Юпитера, а массы, рассчитанные путем моделирования, находятся на уровне 0,057, 0,41 и 0,6 массы Юпитера. При этом длины больших полуосей экзопланет не превышают 0,267 астрономической единицы, что делает всю систему компактной и содержащей трио экзогигантов с умеренными (от 540 до 880 кельвин) равновесными температурами. Особый интерес в этой троице представляет самая внутренняя экзопланета, которая вписывается в модель суперпухлого тела с обширной газовой оболочкой из водорода и гелия. В дальнейшем система станет целью наблюдений крупных телескопов, которые будут исследовать атмосферы экзопланет.
Рекордно длинная резонансная цепочка экзопланет включает в себя пять тел и находится в системе TOI-178.
Любопытнейшее исследование, опубликованное в рецензируемых научных журналах Nature Astronomy и The Astrophysical Journal Letters, предполагает, что миллиарды лет назад нашу Солнечную систему посетила звезда-странница.
Это древнее событие могло кардинально изменить облик нашей космической окрестности, превратив ее в то, что мы наблюдаем сегодня.
Согласно расчетам, безымянная звезда, немного уступающая Солнцу по массе и размеру, прошла на расстоянии около 110 астрономических единиц (а.е.*) от нашего светила. Для сравнения: среднее расстояние между Солнцем и Плутоном составляет "всего" 39,5 а.е.
*Одна а.е. равна среднему расстоянию между Землей и Солнцем и составляет примерно 150 миллионов километров.
Гравитационное воздействие этой незваной космической гостьи могло серьезно повлиять на расположение и орбиты многих объектов в ранней Солнечной системе.
"Это сближение было настолько тесным, что оно могло повлиять на судьбы целых миров", — говорит Сюзанна Пфальцнер, ведущий автор исследования и астрофизик из немецкого Исследовательского центра Юлиха (FZJ).
Рождение гипотезы
Гипотеза о "свидании" наше планетной системы с солнцеподобной звездой появилась в процессе изучения необычных траекторий объектов, расположенных далеко за орбитой Нептуна. Их орбиты наклонены и сильно вытянуты, что трудно связать с естественными эволюционными процессами Солнечной системы.
"Эти объекты могут быть свидетелями давно минувшего преступления", — поясняет астрофизик Амит Говинд, соавтор исследования.
Для проверки своей гипотезы ученые прибегли к компьютерному моделированию, проведя серию из более чем 3 000 симуляций. Результаты оказались поразительными.
Модель с участием звезды-странницы, посетившей Солнечную систему на заре ее существования, не только объяснила странные орбиты транснептуновых объектов, но и пролила свет на загадку карликовой планеты Седны. Этот далекий ледяной мир движется по крайне вытянутой орбите, удаляясь от нашего светила более чем на 937 а.е.!
Более того, гравитационное влияние звезды-странницы могло способствовать появлению необычных спутников у планет-гигантов. По словам Симона Портегиса Цварта, одного из авторов исследования, некоторые транснептуновые объекты могли быть перемещены во внутренние области Солнечной системы, где их захватили гравитационные поля крупных планет. Например, Феба — самый массивный из нерегулярных удаленных спутников Сатурна — скорее всего, был сформирован где-то за орбитой Нептуна.
"Космос хранит свои секреты, но он также оставляет подсказки, — заключает Пфальцнер. — Подобно археологам, мы по крупицам собираем свидетельства давно минувших космических событий, и каждая необычная орбита может быть ключом к разгадке тайн прошлого".
Юпитерианский Ио — первый спутник, открытый за пределами системы Земля-Луна. Это произошло 8 января 1610 года благодаря усилиям Галилео Галилея, итальянского астронома, математика, физика и механика. Это событие сделало огромный вклад в подкрепление гелиоцентрической системы мира, согласно которой, Солнце является центральным небесным телом Солнечной системы.
На изображении видны многочисленные сине-серые столпы, которые состоят преимущественно из холодного молекулярного водорода и пыли. Эти газопылевые структуры вовлечены в процесс формирования новых звезд, под излучением которых столпы начинают разрушаться (звездный ветер молодых звезд "расшвыривает" окружающую материю). Возраст скопления Вестерлунд 2, удаленного примерно на 20 000 световых лет от Земли, составляет "всего" около двух миллионов лет. В состав Вестерлунд 2 входят одни из самых массивных и ярких известных звезд. То есть все звезды, попавшие в кадр, существенно больше и ярче Солнца.
Перед вами (ниже) снимок марсианского неба над северо-западным краем кратера Гейла, полученный ровером NASA Curiosity вскоре после захода Солнца 2 мая 2021 года.
В этот момент марсоходу удалось запечатлеть удивительное зрелище — серебристые облака, парящие высоко в марсианской мезосфере, почти на границе с космосом.
Эти завораживающие облачные формации во многом похожи на земные серебристые облака, которые периодически можно наблюдать в верхних слоях атмосферы нашей планеты. Однако у марсианских облаков есть свои особенности.
Наблюдения с помощью нескольких орбитальных аппаратов NASA и Европейского космического агентства (ESA) помогли установить, что марсианские серебристые облака состоят преимущественно из кристаллов замерзшего углекислого газа (сухого льда) с небольшим содержанием водяного льда. Такой состав отличает их от земных серебристых облаков, которые формируются из кристаллов водяного льда.
Примечательно, что марсианские серебристые облака формируются с гораздо меньшей географической избирательностью, чем их аналоги на нашей планете. Если земные серебристые облака обычно наблюдаются преимущественно в полярных широтах, то на Марсе подобные атмосферные образования можно увидеть практически в любом регионе планеты.
Однако на Марсе облака формируются намного реже, чем на Земле, что объясняется чрезвычайной разреженностью атмосферы Красной планеты. Поэтому каждое наблюдение подобных явлений имеет большое значение для исследователей.
Изучая марсианские облака, ученые получают ценные сведения о климате, атмосферной циркуляции и водном цикле планеты. Эти знания критически важны не только для реконструкции климатической истории Марса, но и для оценки потенциальной возможности существования жизни в прошлом или даже настоящем. Кроме того, понимание атмосферных процессов играет ключевую роль при проектировании будущих роботизированных — и, возможно, когда-нибудь пилотируемых — миссий на Марс.
Комментарии