Мудрецы и слон
Команда астрономов из 19 научных центров отчиталась в журнале Astronomy & Astrophysics об исследовании удивительной планетной системы. Звезда L 98-59, она же TOI-175, находится всего в 35 световых годах от Солнца. Учитывая размеры Галактики, это буквально «за углом». В 2019 году орбитальный телескоп TESS, о котором мы подробно рассказывали, обнаружил у звезды три планеты. В соответствии с традицией, их обозначили L 98-59 b, L 98-59 c и L 98-59 d (планеты «нумеруются» буквами в хронологическом порядке их открытия).
Три планеты у одной звезды — богатый улов. Из более чем 3500 известных планетных систем, лишь примерно в каждой пятой астрономы насчитали два и более мира. Скорее всего, мультипланетные системы не редкость сами по себе. Но нам все еще сложно обнаруживать планеты, находящиеся далеко от родительской звезды. Так что обычно дело ограничивается открытием ближайшего к своему солнцу мира, а его более далекие соседи остаются за кадром. Лишь изредка экзопланеты так тесно толпятся вокруг звезды, что мы можем зафиксировать несколько штук. Именно так получилось в системе L 98-59. Там словно воплотилась пословица: «в тесноте, да не в обиде». Планеты b, с и d располагаются в 46, 33 и 21 раз ближе к своему солнцу, чем Земля — к своему. Год на них длится два, четыре и семь земных дней, соответственно.
Две тысячи новых миров: что открыла космическая обсерватория TESS
И это большая удача для ученых, стремящихся открыть законы, по которым зарождаются и живут планетные системы. Ведь составить представление о системе в целом по одной планете так же трудно, как о слоне из известной притчи — по хоботу. Неудивительно, что астрономы обратили самое пристальное внимание на систему L 98-59, где слон присутствует в более полном составе.
Взвесить и обмерить
TESS использует для открытия экзопланет метод транзитов. Его суть проста: когда планета проходит между звездой и наблюдателем (это прохождение и называется транзитом), она затмевает собой часть света. Этот эффект повторяется при каждом обороте экзопланеты вокруг родительского светила. Такие периодически падения яркости и сигнализируют, что у звезды есть планета. Точно измерив процент затмеваемого света, астрономы могут определить и диаметр экзопланеты.
Этот метод открытия далеких миров необычайно продуктивен: более 70% из примерно 4800 известных планет были обнаружены именно так. Но у него есть свои ограничения. Например, орбита экзопланеты может попросту не пересекать линию «звезда — наблюдатель». Такие миры не совершают транзитов (потому и называются нетранзитными), то есть остаются невидимыми для этого метода.
Типовое жилье: насколько уникальна Солнечная система
Радиусы экзопланет L 98-59 b, c и d, по данным TESS, составляют от 0,8 до 1,6 земного. Это очень интригующие цифры. Планета размером с нашу едва ли окажется ледяной или газовой. Скорее всего, по своему химическому составу она будет сходна с Землей, а землеподобные миры по понятным причинам интересуют человечество больше любых других.
Однако чтобы уверенно судить о составе и строении планеты, нужно знать ее плотность. Плотность можно получить, разделив массу на объем, но вот массу невозможно измерить методом транзитов.
К счастью, все-таки существует способ «бросить» планету «на весы». Это другой классический подход — метод лучевых скоростей (с его помощью обнаружено примерно 20% известных экзопланет). Суть его в том, что притяжение планеты действует на родительскую звезду. Светило как бы пританцовывает на месте, чуть-чуть сдвигаясь навстречу собственному спутнику. Точные приборы улавливают в спектре звезды след этого движения. Метод лучевых скоростей позволяет определить массу планеты и выловить нетранзитные миры.
Разные научные группы дважды исследовали систему L 98-59 методом лучевых скоростей. В этих наблюдениях исследователи оценили массу двух из трех ее известных планет — L 98-59 c и L 98-59 d. Чтобы «взвесить» L 98-59 b, самую легкую из этой троицы, не хватало точности измерений. К тому же тогда астрономы не обнаружили в системе никаких новых экзопланет.
Авторы же новой работы использовали блистательный дуэт из самого большого в мире оптического телескопа VLT и сверхточного спектрографа ESPRESSO. Это позволило уточнить массы (а значит, плотность и состав) L 98-59 c и L 98-59 d, и результаты получились весьма интересными. Кроме того, ученые впервые «взвесили» миниатюрную L 98-59 b, установив тем самым рекорд точности. Наконец, они открыли в системе одну (а возможно, и две) новые планеты.
Планета-океан и другие сюрпризы
Так долго ускользавшая от ученых масса экзопланеты L 98-59 b оказалась равна 0,4 ± 0,15 масс Земли. Другими словами, эта планета примерно вдвое легче Венеры. Человечеству известна лишь горстка еще менее массивных миров, и их масса определялась экзотическими способами, которые редко удается применить. «Взвешивание» L 98-59 b установило рекорд точности для метода лучевых скоростей — самого распространенного и проверенного способа измерения массы планет. То, что стандартная «рабочая лошадка» специалистов по экзопланетам достигла такого совершенства — веха в истории этой науки. Ведь еще несколько лет назад казалось почти невозможным «взвесить» и планету земной массы.
Определив массу миров системы L 98-59 и зная их размер, астрономы рассчитали их плотность. Планеты L 98-59 b и L 98-59 c имеют плотность 2,1–5 г/см3 и 3,7–5,3 г/см3, соответственно. Для сравнения: плотность Земли — 5,5 г/см3. Она столь велика, потому что земной шар имеет огромное железное ядро, составляющее около 30% его массы. Авторы полагают, что L 98-59 b и c — это землеподобные миры с небольшими (12–14% массы) железными ядрами. Другими словами, эти планеты очень похожи на нашу.
Совсем другое дело — L 98-59 d. Этот мир впору было бы назвать не планетой Земля, а планетой Вода. Судя по плотности 2,4–3,7 г/см3, вода составляет до 30% массы этого небесного тела. Для сравнения: доля воды в массе нашей планеты — всего 0,02%. Конечно, ученые не могут поручиться, что легкое вещество в составе экзопланеты — именно вода. Но это наиболее вероятный сценарий, учитывая, что H2O — одно из самых распространённых химических соединений во Вселенной. Подобные миры-океаны, по всей видимости, не редкость в космосе.
Кроме того, авторы заявили об открытии в системе четвертой планеты — L 98-59 e. Она нетранзитная, поэтому TESS не мог ее заметить. Масса этой экзопланеты составляет 2,7–3,4 земной, а оборот вокруг звезды она делает примерно за 13 земных суток.
Луны далеких миров: как ученые впервые увидели рождение спутника планеты
Ни на одной из четырех названных планет почти наверняка невозможна жизнь. Там просто слишком жарко. Правда, звезда L 98-59 — красный карлик, маленький и холодный по сравнению с Солнцем. Но даже с учетом этого первые четыре экзопланеты расположены чересчур близко к светилу. Однако авторы обнаружили в данных намек на существование пятой (и тоже нетранзитной) планеты с массой 1,6–3,1 земной. Правда, исследователи не слишком уверены в ее реальности. Но если пятый мир существует, он может быть обитаемым. По меркам Солнечной системы эта планета тоже необычайно близка к светилу: год там длится всего 23 земных дня. Но это и есть оптимальное расстояние до красного карлика: не слишком жарко и не слишком холодно для существования жидкой воды. Как говорят специалисты, планета располагается в зоне обитаемости своей звезды.
Отметим, что в зонах обитаемости разных звезд уже не раз находили землеподобные планеты. Но все же такие открытия редки и по понятным причинам волнительны.
Конечно, с уверенностью говорить о наличии в системе четвертой и тем более пятой планеты можно будет только после того, как их реальность подтвердят наблюдения на других инструментах. Вряд ли прямо сейчас какой-то из них может потягаться со связкой крупнейшего телескопа с лучшим спектрографом, но эпохи в астрономии сменяются быстро. Уже в октябре 2021 года должен быть запущен крупнейший инфракрасный космический телескоп «Джеймс Уэбб». И, кстати, звезда L 98-59 попадает в зону неба, которую «Уэбб» будет наблюдать 200 дней в году. А в 2027-м планируется ввести в строй наземный оптический телескоп ELT, который будет в два с половиной раза больше нынешнего рекордсмена VLT. С помощью этих инструментов можно будет тщательно изучить планеты системы L 98-59. Возможно, удастся даже определить, есть ли у них атмосферы и из каких газов они состоят.
Мнение редакции может не совпадать с точкой зрения автора
Лунные деревья, дети астронавтов и редис на SpaceX: 10 фотографий о том, как люди побывали в космосе
Лунные деревья, дети астронавтов и редис на SpaceX: 10 фотографий о том, как люди побывали в космосе
