Коричневые карлики или несостоявшиеся звёзды, как их прозвали за неспособность запустить термоядерное горение, во многом остаются малоизученными объектами. Появление в космосе инфракрасного телескопа «Джеймс Уэбб» стало введением в строй наиболее подходящего инструмента для изучения этих относительно холодных и поэтому невидимых в оптическом диапазоне недозвёзд. «Уэбб» готов раскрывать их секреты, включая возможность появления у них планет и жизни.

Источник изображения: NASA/ESA/CSA

Ещё в первые годы наблюдений телескопом «Хаббл» в одной из близких к Земле зон звездообразования в туманности Ориона были обнаружены объекты, напоминающие протопланетные диски (проплиды). Однако только с появлением «Уэбба» в центре проплидов были выявлены объекты, которые могут считаться коричневыми карликами. Инфракрасная спектроскопия, проведённая с помощью приборов «Уэбба», позволила измерить их температуру и оценить массу, что стало подсказкой к вопросу, могут ли коричневые карлики иметь собственные планетные системы. Скорее всего, могут.

В наблюдаемой области туманности Ориона, удалённой от Земли на 1500 световых лет, «Уэбб» обнаружил более двух десятков кандидатов в коричневые карлики. Набор статистики по этим объектам многое откроет для науки. Пока считается, что масса коричневых (иначе — бурых) карликов лежит в диапазоне 0,015–0,075 солнечных масс. «Уэбб» способен засекать такие объекты и, что немаловажно, позволяет оценить их температуру, по которой можно отличить коричневого карлика от звезды.

Например, один из обнаруженных «Уэббом» кандидатов имеет массу 0,05 солнечных масс — это примерно как пять Юпитеров. И таких примеров достаточно, чтобы учёные смогли лучше понять природу коричневых карликов и, в частности, их способность к формированию собственных планетных систем.

«Новые наблюдения JWST лишь коснулись вопроса коричневых карликов в Орионе, — говорят учёные. — Туманность содержит несколько сотен слабых объектов, которые могут быть коричневыми карликами, готовыми для спектроскопии с помощью JWST. Будущие наблюдения Ориона с помощью JWST потенциально могут обнаружить гораздо больше примеров проплидов вокруг коричневых карликов и определить наименьшую массу, при которой существуют коричневые карлики. Эта информация поможет нам заполнить пробелы в наших знаниях о том, как формируются коричневые карлики и их связь со звёздами и планетами».

Официальное определение термина «планета» вскоре может быть снова пересмотрено. Когда это случилось в последний раз, данного статуса лишился Плутон — он не вернёт его и теперь, но определение призвано стать более всеобъемлющим.

Солнце, планеты, карликовые планеты и спутники в Солнечной системе. Источник изображений: wikipedia.org

Чёткого определения планеты не существовало на протяжении веков — раньше под него попадали объекты, которые сейчас считаются лунами и даже астероидами. Попытки систематизировать это понятие начали предприниматься в девяностые годы XX века и набрали обороты в следующее десятилетие, когда в поясе Койпера, на окраинах Солнечной системы, была обнаружена серия объектов размером примерно с Плутон. В 2006 году на XXVI Генеральной ассамблее Международного астрономического союза (МАС) было сформулировано определение планеты, и Плутон данный статус утратил — если бы этого не произошло, то технически в Солнечной системе оказались бы десятки и даже сотни планет. По действующему определению, объект является планетой, если:

• он обращается по орбите вокруг Солнца (это исключает все луны);
• его масса достаточно велика для обретения близкой к шарообразной формы (это исключает астероиды);
• вокруг его орбиты расчищены все окрестности (это исключает Плутон и остальные объекты в поясе Койпера).

Некоторых учёных это определение не устраивало с самого начала — в частности, они считали формулировку третьего пункта «небрежной». Другая проблема состоит в том, что текущее определение ориентировано только на Солнечную систему, потому что требует, чтобы планеты обращались вокруг Солнца. В последние годы астрономы открыли более 5000 планет, которые вращаются вокруг других звёзд. И теперь группа учёных предложила новое определение, в котором учитываются недостатки теперешнего и упрощаются критерии. Согласно этому определению, планета — это небесное тело, которое:

• вращается вокруг одной или нескольких звёзд, коричневых карликов или остатков звёзд;
• имеет массу более 10²³ кг;
• но менее 13 масс Юпитера (2,5 × 10²⁸ кг).

Плутон

Новое определение расширяет, проясняет и упрощает предыдущее. Оно охватывает нашу и похожие на неё звёздные системы, планеты, вращающиеся вокруг нескольких звёзд, коричневых карликов (несостоявшихся звёзд), а также остатков звёзд — белых карликов и нейтронных звёзд. Нижний предел в 10²³ кг — масса, при которой объект принимает сферическую форму: исследователи не всегда могут разглядеть форму экзопланеты, но имеют возможность оценить её массу. Плутон немного не дотягивает до порогового значения, а Меркурий его превосходит.

Больше не требуется спорного тезиса о «расчищенных окрестностях» — превысив предлагаемую пороговую массу, объект оказывается «динамически доминирующим», захватывая или выбрасывая более мелкие объекты в своём окружении. Наконец, устанавливается и верхний предел того, насколько большой может быть планета — некоторые настолько огромны, что под воздействием гравитации в их ядрах запускается термоядерный синтез дейтерия, и они становятся своего рода промежуточным звеном между планетами и звёздами. Считается, что это начинается с массы, которая в 13 раз превосходит массу Юпитера. Новое определение будет предложено на XXXII Генеральной ассамблее МАС, которая пройдёт с 6 по 15 августа 2024 года в Кейптауне (ЮАР).

Через четыре миллиарда лет человечеству придётся искать спасения на окраинах Солнечной системы от сбросившего оболочку Солнца. Это будет возможно лишь при наличии там огромных запасов воды. Намёки на глобальные океаны есть на многих спутниках планет-гигантов — Юпитера и Сатурна. Но вода в изобилии может быть также на спутниках таких далёких планет, как Уран и Нептун, на что недавно указали данные, полученные благодаря телескопу «Джеймс Уэбб».

Художественное представление Урана и его спутника — Ариэля. Источник изображения: NASA

Учёные из Лаборатории прикладной физики им. Джона Хопкинса (APL) во главе с планетологом Ричардом Картрайтом (Richard J. Cartwright) использовали инфракрасный спектрометр прибора NIRSpec космической обсерватории им. Джеймса Уэбба для химического анализа вещества на поверхности Ариэля — одного из ближайших спутников Урана. Это самый яркий спутник этой планеты, значительная часть поверхности которого покрыта льдом. Что это за лёд и как он образуется, давно интересует учёных.

Единственное частичное изображение Ариэля получил зонд NASA «Вояджер-2» 24 января 1986 года. Миссия в систему Урана (и Нептуна) стала бы настоящим подарком учёным, но она пока всерьёз не планируется. Что-то такое могут затевать китайцы, но точных данных на этот счёт нет.

Лёд на поверхности Ариэля расположен неравномерно. Поскольку спутник всё время обращён одной стороной к Урану (он находится в приливном захвате по отношению к планете), на дальней стороне ледяной слой больше — до 10 мм, а на ближней он всего 0,3 мм. Анализ показал, что в основном это замёрзшая углекислота. Также в данных «Уэбба» обнаружились следы угарного газа на Ариэле и ряда других химических соединений, включая карбонаты.

Сезонные изменения на Ариэле должны были уносить с его поверхности изрядные объёмы углекислоты, но этого по какой-то причине не происходит. Её объёмы восполняет какой-то источник или источники. Углекислота может восполняться в процессе химических реакций в присутствии заряженных частиц из магнитосферы Урана (так называемый процесс радиолиза). Однако её запасы также может пополнять подповерхностный глобальный океан.

Обратная сторона Ариэля изрыта малыми и большими трещинами. Вещества могут как просачиваться через них, так и распыляться аэрозолями вокруг спутника в процессе криовулканической деятельности на этой луне. Подобные процессы могли бы объяснить, откуда на Ариэле так много углекислотного льда. Наличие карбонатов также говорит в пользу подповерхностного океана — эти соли образуются при контакте горных пород с водой.

Один из двух снимков Ариэля, сделанных зондом NASA «Вояджер-2» в 1986 году

Наконец, обнаруженные на Ариэле залежи монооксида углерода (угарного газа) тоже нельзя объяснить иными причинами, чем постоянное его пополнение из недр этой луны. Чтобы этот газ охладился и выпал твёрдым веществом на поверхности Ариэля, на нём недостаточно холодно. Не хватает, как минимум, ещё -18 °C, чтобы угарный газ начал там скапливаться в виде отложений. Это всё косвенные намёки на подлёдный океан на Ариэле, но в совокупности эти данные могут дать учёным ключ к поиску океанов на экзопланетах. В нашей системе вода тоже будет кстати, особенно так далеко от Земли (и Солнца).

Астрономы из Университета Джонса Хопкинса при помощи космического телескопа NASA «Джеймс Уэбб» обнаружили на юпитероподобной экзопланете HD 189733 b сероводородную атмосферу, в которой идут стеклянные дожди. Планета находится примерно в 13 раз ближе к своей звезде, чем Меркурий к Солнцу, температура на её поверхности — 930 °C, а скорость ветра —8000 км/ч.

Источник изображений: NASA

Экзопланета HD 189733 b, впервые обнаруженная в 2005 году, находится примерно в 64 световых годах от Земли, что делает её ближайшей юпитероподобной планетой, доступной для астрономических наблюдений. Невзирая на совершенно чудовищные погодные условия, экзопланета может многое предложить для исследования астрономам и учёным.

Иллюстративное изображение

«Сера является жизненно важным элементом для построения более сложных молекул, также как углерод, азот, кислород и фосфор, и учёным необходимо больше изучать её, чтобы полностью понять, как и из чего состоят планеты», — объяснил астрофизик из Университета Джонса Хопкинса Гуанвэй Фу (Guangwei Fu), который руководил исследованием, недавно опубликованным в журнале Nature. Он добавил, что наличие сероводорода на других космических объектах поможет лучше понять, как формируются разные типы планет.

Команда также измерила содержание тяжёлых металлов, подобных тем, что были обнаружены на Юпитере, что, возможно, поможет учёным сопоставить количество этих элементов с массой планеты. К примеру, на Нептуне и Уране содержится больше металлов и других тяжёлых элементов, чем на Юпитере и Сатурне, где преобладают газы, такие как водород и гелий. Учёные полагают, что состав планет отражает процесс их раннего формирования и пытаются выяснить, верно ли то же самое для экзопланет по всей Вселенной.

Фу и его коллеги планируют отслеживать наличие соединений серы на других экзопланетах, с тем чтобы выяснить, как высокие уровни этого элемента связаны с расстоянием от звёзд, на котором происходит формирование планет. «Мы хотим знать, как сюда [на определённую орбиту] попали такие планеты, и понимание состава их атмосфер поможет нам ответить на этот вопрос», — заявил Фу.

Группа австралийских учёных опубликовала работу, в которой проведён анализ случаев, когда звёзды пожирают собственные планеты. В подобном учёные подозревают одну из каждой дюжины изученных двойных систем. Всего исследователи изучили 91 систему из звёзд-близнецов и пришли к выводу, что нестабильность орбит планетарных систем распространена во Вселенной сильнее, чем считалось.

Источник изображения: Casey Reed/NASA

Чтобы гарантированно обнаружить случаи поглощения планет звёздами учёные отобрали пары звёзд-близнецов, которые родились примерно в одно время и в одном объёме пространства. Это означает, что химический состав звёзд должен быть одинаковым, что покажет спектральный анализ каждой из них. Если в составе спектра той или иной звезды будут присутствовать нехарактерные элементы, в частности, настоящие металлы, а не просто всё, что тяжелее гелия, то следует сделать вывод, что звезда закусила планетой из собственной системы.

Из 91 пары звёзд в двойных системах 8 % светил показали в спектре присутствие железа, никеля и титана, тогда как большинство звёзд не содержало ничего тяжелее углерода и кислорода. По мнению исследователей, это надёжный признак случая, когда планета поглощена родной звездой.

Отметим, учёные не стали делать выборку из звёздных систем с большим количеством звёзд, в системах которых нестабильность планетарных орбит будет ещё сильнее, в чём можно убедиться при ознакомлении с произведением «Задача трёх тел» китайского писателя Лю Цысиня. Замеченная нестабильность в двойных системах, которая привела к срыву с орбит местных планетарных тел и так, как выяснилось, встречается достаточно часто, чтобы это вызвало беспокойство о жизни во Вселенной.

До этого учёные считали, что орбиты планет могут оставаться нестабильными в первые 100 млн лет образования звёздных систем. Пока всё утрясётся, многое может пойти не так. Однако все наблюдаемые пары звёзд в работе австралийцев были возрастом в несколько миллиардов лет, что исключает влияние на их химический состав событий первых сотен миллионов лет развития планетарных систем. Иными словами, местный апокалипсис произошёл в зрелых системах с полностью сформированными и геологически развитыми планетами.

Несмотря на понимание общего принципа формирования планет из протопланетных дисков, большинство деталей человечество не знает. Ответ скрывается во Вселенной. Наблюдая за тысячами протопланетных дисков, можно узнать об их поведении на разных отрезках эволюции. Первым шагом в таких исследованиях стало наблюдение приборами «Джеймса Уэбба» за протопланетным диском звезды TCha, от которого впервые был зарегистрирован ветер — поток частиц и газа.

Художественное представление о ветре из протопланетного диска. Источник изображения: ESO/M. Kornmesser

Впервые линию неона в спектре потока частиц от протопланетного диска ещё в 2007 году обнаружил телескоп «Спитцер». Появление «Уэбба» побудило учёных ещё раз взглянуть на протопланетный диск TCha. Наблюдение помогло выявить ещё три линии, относящиеся к истечению из диска вещества. На этот раз был определён аргон. Оставался вопрос, что побуждает газ покидать протопланетный диск? Обычно такое происходит под воздействием высокоэнергичных фотонов, исходящих от молодой звезды, но это также может происходить под воздействием магнитного поля, индуцируемого самим диском.

Природа утечек, интенсивность этих процессов, а также распределение их во времени позволят понять эволюцию планет от пыли и газа до полноценных небесных объектов планетарной массы. К примеру, планеты Солнечной системы до Марса включительно вобрали в себя мало газов, тогда как дальше в системе расположены газовые гиганты, где газов аномально много. Было бы важно узнать и пронаблюдать, как газы распределены по протопланетным дискам и насколько разноудалённые от звезды планеты способны абсорбировать этот газ до того момента, как звёздный ветер или что-то ещё выдует вещество из протопланетного диска.

Звезда TCha с её протопланетным диском и впервые наблюдаемым учёными ветром от него может дать несколько ответов или подсказок на эти вопросы. Согласно первым оценкам, каждый год из протопланетного диска этой звезды улетучивается вещества как на одну нашу Луну. «Важно знать, как газ рассеивается, поскольку это ограничивает время, оставшееся зарождающимся планетам для поглощения газа из окружающей среды», — поясняют учёные в своей работе.

В данном случае, как показали модели, газ выдувается из диска высокоэнергичными фотонами, исходящими от центральной звезды, что сужает границы возможностей и даёт больше информации для выводов. Но наблюдения за системой будут продолжены.

Группа астрономов из Миланского университета впервые измерила объём и распределение воды в протопланетном диске у молодой звезды. Измерения проводились миллиметровой антенной решёткой ALMA Южной европейской обсерватории. Работа позволила взглянуть как будто бы на Солнечную систему 4,5 млрд лет назад и понять, как и откуда на Земле могла появиться вода в том объёме, в котором мы её видим вокруг себя.

Распредление водяного пара в протопланетном диске в данных ALMA. Источник изображения: ALMA/ESO/NAOJ/NRAO/S. Facchini

Существует несколько гипотез появления воды на Земле, а значит, и необходимого компонента для зарождения биологической жизни на нашей планете. Вода могла появиться вместе с образованием планетарного тела, её могли занести на Землю астероиды и кометы, либо сработали оба источника. Пристальное изучение молодой звезды HL Тельца на удалении 450 световых лет от нас приоткрывает завесу тайны над происхождением воды на нашей и других планетах во Вселенной.

Изучение относительно холодного протопланетного диска вокруг звезды возрастом около одного миллиарда лет и массой около 2,1 солнечных показало, что в пределах семи астрономических единиц присутствует достаточно много водяного пара, температура которого постепенно снижается по мере удаления от звезды. Расчёты и данные измерений на двух длинах волн показали, что в области протопланетного диска находится воды примерно в 3,7 раз больше, чем во всех земных океанах.

Более того, водяной пар обнаружен также в зазоре между двумя широкими областями протопланетного диска (между кольцами). Такие зазоры обычно образуют зародыши планет, сметающие всё на своём орбитальном пути (или прибирающие к рукам) в процессе формирования будущей планеты.

Проделанная работа однозначно указывает, что вода изначально в избытке присутствует в протопланетном диске. Это не опция, а распространённое явление, что позволяет надеяться, что планет земного типа с появившейся там биологической жизнью во Вселенной всё же больше одной.

Согласно модели, построенной на основе наблюдений космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST), геотермальная активность Эриды и Макемаке, двух карликовых планет в Солнечной системе, может оказаться достаточной, чтобы поддерживать под их поверхностями океаны жидкой воды. Об этом сообщили учёные Юго-Западного научно-исследовательского института (SwRI, США, шт. Техас).

Источник изображений: swri.org

Эрида, расположенная в поясе Койпера, представляет собой ледяной мир, который после открытия в январе 2005 года, привёл к лишению Плутона статуса планеты. Эрида всего на 44 км меньше Плутона, но на 25 % массивнее него благодаря более высокой концентрации горных пород в ядре. И если Эриду отнесли к карликовым планетам, то и Плутону пришлось разделить её участь. Макемаке была открыта через два месяца после Эриды — диаметр новой карликовой планеты составил 1430 км, что примерно на 1000 км меньше, чем у Плутона и Эриды. Эрида сейчас находится на расстоянии 14,4 млрд км от Солнца, а Макемаке — в 7,7 млрд км от звезды, и об обеих известно не так много. Но недавние наблюдения с помощью «Джеймса Уэбба» пролили новый свет на эти миры: на поверхности объектов был обнаружен метановый лёд.

Если бы метан на поверхности этих карликовых планет был поглощён из первичного протопланетного диска 4,5 млрд лет назад, он содержал бы определённое соотношение между двумя изотопами водорода — протием с ядром из одного протона и дейтерием с ядром из протона и нейтрона. Но полученное при помощи телескопа соотношение оказалось отличным от ожидаемого, а значит, оно указывает на геохимическое происхождение метана, образующегося в недрах. На поверхности он, возможно, оказался в результате газовыделения или даже вулканической активности. Для образования метана таким способом необходима температура выше 150 °C, а она, в свою очередь, могла возникнуть только из-за радиоактивных изотопов в ядрах планет — они выделяют тепло при распаде. Соотношение изотопов углерода показало, что выделение метана на поверхность Эриды и Макемаке могло происходить до недавнего с геологической точки зрения времени.

Примечательно, что предложенные учёными модели можно применить и к спутнику Сатурна Титану. Если метан и другие газы могут образовываться на основе геотермальных механизмов в ядре Титана, то гипотетический океан под его поверхностью может получать запасы углерода изнутри.

Более глубокое освоение Солнечной системы будет невозможно без массового использования роботов и локальных ресурсов. С Земли много не увезёшь, поэтому почти всё для строительства и поддержания баз придётся искать на месте, включая самовоспроизводство роботов. В NASA работают над этой концепцией и заметно продвинулись в создании автоматов и базовых принципов их деятельности.

Источник изображения: NASA

В серии научных работ, первая из которых была опубликована в журнале Science Robotics, группа инженеров NASA рассказала, как три примитивных робота могут строить в автономном режиме защитные и служебные сооружения. Роботы не имеют компьютерного зрения, лидаров и радаров. Они ориентируются исключительно на ощупь, отслеживая количества и конфигурации уложенных в конструкцию базовых блоков. Один робот подвозит блоки на строительную площадку, второй передаёт их строительному автомату, а тот укладывает их друг на друга по заранее составленной программе.

Примитивизм в данном случае необходим для того, чтобы вдали от передовых производств роботы могли воспроизводить друг друга. И чем проще они будут, тем надёжнее будет результат. Но это пока впереди. На данном отрезке исследования специалисты NASA разработали конфигурацию базового строительного элемента — что-то подобное кубику из детского конструктора. Армированные усиленным пластиком «кубики» легко соединяются друг с другом (и отсоединяются по необходимости). Такие базовые блоки также можно и нужно будет изготавливать на месте, чтобы не везти всё это за тридевять земель.

Базовые блоки в NASA назвали «вокселями». Для проверки концепции было изготовлено 256 блоков. Каждый из них необычайно лёгкий и прочный для своего размера и плотности 0,0103 г/см³. Созданная из блоков ферма в конфигурации 3 × 3 могла выдерживать свыше 90 кг нагрузки. Общий вес 256 блоков составил около 18 кг вместе с тремя рюкзаками, в которые они поместились. Во время похода на природу инженеры построили из этих блоков укрытие, лодку и даже мост для перехода через реку.

Обложка свежего номера Science Robotics

Концепцию освоения космоса с использованием политики «нулевой массы» за спиной в своё время предложил всемирно известный американский учёный Джон фон Нейман. В 80-х годах прошлого века его идеи развил американский инженер Роберт А. Фрейтас младший. В его представлении межзвёздный космический корабль должен будет долететь до ближайшей звёздной системы, собрать там необходимые ресурсы и отправиться дальше. Сегодня в NASA и не только разрабатывают необходимые для этого метаматериалы, простым примером которых могут быть базовые строительные блоки.

Но у NASA есть и более насущная задача. Как известно, новая высадка на Луну планируется в районе южного полюса спутника. Для организации связи в зоне прямой видимости антенны надо будет поднимать повыше. Также надо будет поднимать солнечные фермы, поскольку полюс плохо освещается солнцем. В идеале высота ферм должна достигать 100 м. На примере разработанных инженерами NASA базовых блоков агентство изучает вопрос наиболее оптимального способа возведения подобных башенных конструкций.

В сравнении с другими крупными лунами Сатурна (и Юпитера) спутник Мимас не изобилует трещинами и разрывами, напоминая своими кратерами нашу Луну. Тем самым, это должен быть сухой мир из скальных пород, однако дело, похоже, обстоит иначе. У Мимаса странная орбита, как будто у него внутри что-то плещется, или его ядро имеет необычно вытянутую форму. Как показало моделирование, всё говорит в пользу скрытого океана, и это находка для учёных.

Художественное представление спутника Сатурна Мимаса. Источник изображения: Observatoire de Paris

Подробные данные по системе Сатурна собрала автоматическая станция «Кассини» в период с 2004 по 2017 годы. Группа учёных из Парижской обсерватории воспользовалась этой информацией, чтобы заново оценить орбитальные параметры Мимаса, который напоминает «Звезду смерти» благодаря огромному ударному кратеру на своей поверхности. Они хотели исключить один из сценариев, из-за которого орбита этой луны выглядит необычно для монолитного скалистого небесного тела.

Согласно одному из вариантов, Мимас может содержать сильно вытянутое ядро, которое заставляет его совершать колебательные движения, проходя по орбите. Во втором случае, под его скалистой поверхностью может скрываться глобальный водный мир, потоки которого также вызывают изменения в орбитальном движении спутника.

Моделирование показало, что существование вытянутого ядра представляется наименее вероятным сценарием. С учётом динамики орбитального движения Мимаса под воздействием гравитации Сатурна и других его крупнейших лун, орбитальные параметры подозрительной луны, скорее всего, объясняются жидким подповерхностным океаном.

Расчёты показывают, что жидкий океан на Мимасе сравнительно молодой — ему всего 2–3 млн лет. Вероятнее всего, незадолго до его появления орбита этой луны изменилась со стабильной круговой на вытянутую, что в системе с множеством лун считается нормальным явлением. Гравитация Сатурна стала оказывать на недра Мимаса прерывистое воздействие, и это привело к гравитационному разогреву его ядра и внутренней структуры. Вода начала выделяться в жидком виде и постепенно там образовался глобальный подповерхностный океан, который к настоящему моменту подошёл к поверхности Мимаса на 20–30 км.

По часовой стрелке слева вверху: Энцелад, Европа, Ганимед и Титан. В центре — Мимас. Источник изображения: Observatoire de Paris

По внешнему виду этой луны не скажешь, что под её корой плещутся массы воды, намного больше, чем в земных океанах. На Мимасе нет трещин и гейзеров, как на лунах Энцеладе, Европе, Ганимеде и Титане, поэтому он долго хранил свою тайну. Не менее важно, что если там действительно есть глобальный океан, то его молодость — это способ заглянуть в прошлое других лун Сатурна и Юпитера, чтобы понять эволюционное развитие подповерхностных водных миров. На глазах учёных буквально может твориться ранняя геологическая история этих миров, чему учёные несказанно рады.

Считается, что планеты формируются в протопланетных дисках в виде сферических тел, постепенно набирая массу из окружающего ядро вещества. Как показало моделирование, иногда это может быть не так и планета на ранних стадиях зарождения вполне может оказаться достаточно плоской формы.

«Плоская Земля» в представлении ИИ. Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Как полагают учёные из Университета Центрального Ланкашира (UCLan), эволюция планет на ранних стадиях развития изучена недостаточно хорошо. В целом преобладает мнение, что от начала до конца зародыш планеты растёт равномерно и имеет шарообразную форму. Менее поддержана гипотеза так называемого нестабильного диска: на ранних стадиях эволюции центральная область зарождающейся планеты имеет скорее плоскую форму, чем сферическую.

Когда-нибудь наши телескопы станут достаточно чувствительными, чтобы напрямую изучать планеты на всех этапах их эволюции. В принципе, на примере планет-гигантов это можно делать уже сейчас, достаточно найти подходящих кандидатов. Кстати, космический телескоп им. Джеймса Уэбба занимается, в том числе, и такой задачей. Но пока достаточных для наблюдения данных нет, приходится проводить моделирование на компьютере.

«Мы долгое время изучали формирование планет, но никогда раньше нам не приходило в голову проверить форму планет по мере их формирования в ходе моделирования, — сказал один из соавтор исследования Димитрис Стамателлос (Dimitris Stamatellos). — Мы всегда предполагали, что они сферические».

Моделирование протопланеты, формирующейся методом нестабильного диска. Вид сверху и сбоку Источник изображения: UCLan

Моделирование показало, что когда планеты формируются с помощью процесса нестабильности диска, они не демонстрируют равномерный сферический рост. Наоборот, на полюсах в таких случаях собирается больше вещества, чем в экваториальной зоне, что превращает их в «сплюснутый сфероид» или, говоря проще, на этом этапе формирования молодая планета похожа на сильно приплюснутое яйцо. В итоге она всё равно становится сферической формы, но определённый этап с некоторой натяжкой может считаться периодом плоской земли.

Статья опубликована в одном из самых престижных астрономических журналов — Astronomy and Astrophysics Letters.

26 декабря 2022 года находящийся на орбите Марса зонд NASA MAVEN зафиксировал редкое явление — своеобразный провал в солнечном ветре. Это «окно» вызвало взрывное расширение атмосферы Марса. Космическая погода преподнесла очередной сюрприз, изучение которого позволит больше узнать о потенциально обитаемых мирах вокруг далёких звёзд.

Источник изображения: NASA

Интенсивность солнечного ветра — вылетающих с поверхности звезды электронов и ионов водорода — зависит от её активности и конкретного состояния локальных магнитных полей. Изредка бывает так, что звезда испускает частицы с большей силой и скоростью, которые догоняют более медленные массивы частиц, испущенные раньше. Тогда в нашей системе возникают области повышенной и пониженной концентрации частиц солнечного ветра, и это оказывает влияние на атмосферы планет.

Впервые такое влияние было замечено в 1999 году, когда внезапное ослабление солнечного ветра в 100 раз раздуло атмосферу и магнитосферу Земли. При этом надо помнить, что у Земли есть магнитное поле, которое защищает нас от космических частиц, а у Марса его нет. В то же время у Марса есть индуцированное магнитное поле. Оно возникает в процессе взаимодействия солнечного ветра с ионосферой Марса. Это поле и частицы солнечного ветра способна фиксировать аппаратура орбитального зонда NASA MAVEN.

В ходе наблюдения за электромагнитными явлениями вокруг Марса 26 декабря 2022 года было зафиксировано 10-кратное снижение давления солнечного ветра и 100-кратное снижение плотности его частиц. Анализ данных показал, что в это время ионосфера и индуцированное магнитное поле Красной планеты расширились в три раза. Атмосферу Марса как будто взорвало изнутри. Очевидно, будь Марс в системе с менее «ветреной» звездой, его эволюция пошла бы по другому пути.

Опыт с Марсом показывает, насколько важно проводить измерения на месте. Без орбитальных аппаратов у близких и далёких планет мы не сможем получить информацию о процессах подобного рода. Изучение этих процессов в нашей системе даст информацию для моделирования атмосферных явлений у планет в иных звёздных системах и, в целом, позволит лучше моделировать процессы зарождения жизни на других мирах.

Международная группа исследователей при помощи космических телескопов TESS и «Хеопс» разгадала загадку редкой звёздной системы с шестью планетами — она располагается в ста световых годах от Земли, а её изучение поможет раскрыть новые тайны, связанные с формированием планет.

Источник изображений: esa.int

В центре звёздной системы находится похожая на солнце звезда под названием HD110067, а наблюдается она в созвездии Волосы Вероники. Вокруг неё вращаются шесть планет больше Земли, но меньше Нептуна — субнептуны, которые часто встречаются на орбитах солнцеподобных звёзд во Млечном Пути. Планеты, обозначенные буквами от b до g, вращаются в орбитальном резонансе. На каждые шесть витков планеты b, ближайшей к звезде, планета g совершает ровно один оборот. Пока планета c делает три оборота вокруг звезды, планета d делает два. А когда планета e совершает четыре оборота, планета f делает три. Этот гармонический ритм создаёт резонансную цепочку, в которой все они иногда выстраиваются в ряд. Звёздная система сформировалась около миллиарда лет назад, за прошедшее время в ней изменилось очень немногое, и это открытие может пролить свет на эволюцию планет и происхождение распространённых в нашей галактике субнептунов.

Исследователи впервые обратили внимание на эту звёздную систему в 2020 году, когда американский космический телескоп TESS зафиксировал снижение яркости HD110067, что часто свидетельствует о прохождении планеты по диску звезды. На основе полученных в 2020 году данных учёные определили периоды обращения двух планет в этой звёздной системе. Спустя два года TESS снова наблюдал за этой звездой, и его данные показали другие орбитальные периоды планет. Когда данные не сошлись, исследователи решили продолжить наблюдение на другом телескопе — выбор пал на европейский «Хеопс» (CHaracterising ExOPlanet Satellite — CHEOPS), который позволяет наблюдать по одной звезде за раз, тогда как TESS охватывает сразу целый участок неба. При помощи «Хеопса» удалось открыть третью планету, а дельнейшее сопоставление данных его наблюдения с информацией TESS позволило установить присутствие и трёх остальных.

Ближайшая к звезде планета совершает вокруг неё оборот за 9 земных дней, а самой дальней требуется 55. Для сравнения, ближайшая к нашему Солнцу планета Меркурий делает оборот вокруг звезды за 88 земных дней. Учитывая, насколько близки планеты к HD110067, их средние температуры, вероятно, близки к температурам Меркурия и Венеры — согласно оценкам, их диапазон составляет от 167 до 527 °C.

Формирование звёздных систем традиционно характеризуется как достаточно агрессивный процесс. Астрономы считают, что первоначально планеты имеют тенденцию формироваться в резонансе вокруг своих звёзд, но впоследствии гармоническое равновесие нарушается гравитационным влиянием массивных планет, а также столкновениями со звездой и другими объектами. Большинство звёздных систем не находится в резонансе, а системы с несколькими планетами, сохранившие свои первоначальные ритмы, являются большой редкостью, поэтому исследователи хотят детально изучить HD110067 и её планеты. Они считают, что первозданный резонанс сохраняют не более 1 % систем. Всего известны лишь три такие системы с шестью планетами, и две из них за три года своей работы обнаружил «Хеопс» — первой была TOI-178, о которой объявили в 2021 году.

Известна также система TRAPPIST-1, в которой семь планет вращаются вокруг красного карлика — она имеет резонансную цепочку, но наблюдение за ней затруднено из-за небольшой яркости звезды. А вот HD110067 с массой в 80 % солнечной является самой яркой известной звездой, на орбите которой более четырёх планет. Особую ценность системе придают обращающихся вокруг неё шесть субнептунов — они достаточно распространены в нашей галактике, но в Солнечной системе таких планет нет; у астрономов отсутствует единое мнение об их формировании о составе, что придаёт изучению HD110067 большое значение. Первоначальные данные о массе этих планет позволяют предположить, что некоторые из них обладают объёмной, богатой водородом атмосферой, а значит, их можно будет изучать при помощи телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST): звёздный свет проникает через их атмосферу, и космическая обсерватория поможет определить состав каждой планеты.

Астрономы впервые наблюдали тепловое свечение, которое возникло в результате разрушительного столкновения двух планет-гигантов в системе звезды ASASSN-21qj, похожей на наше Солнце. В результате этого столкновения, уничтожившего обе планеты, образовалось множество обломков, а также горячий вращающийся объект, размеры которого потенциально в сотни раз превышают размер Земли.

Источник изображения: Mark Garlick / University of Bristol / PA

«Это было очень эффектно. Энергия столкновения превратила остатки в нечто, напоминающее звезду, более тусклую, чем главная звезда системы, но примерно в семь раз большую по размеру и видимую через всю остальную звёздную систему», — рассказал Мэтью Кенворти (Matthew Kenworthy), один из авторов исследования из Лейденской обсерватории в Нидерландах.

Звезда ASASSN-21qj находится на расстоянии 1800 световых лет от Земли. Интерес к ней у Кенворти появился после того, как в декабре 2021 года было замечено, что звезда потускнела необъяснимым образом. Позднее для наблюдения за этой областью использовался инфракрасный космический телескоп Neowise Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) США. В результате было установлено, что за 900 дней до того, как звезда потускнела, телескоп фиксировал устойчивое и продолжительное усиление инфракрасного излучения в этой области.

Источник изображения: Jingyao Dou / University of Bristol / PA

Кенворти отмечает, что изначально он искал нечто совершенно иное. Обнаруженное инфракрасное свечение подсказало учёным, что в окрестностях звезды произошло что-то необычное. После детального анализа полученных от телескопа данных исследователи пришли к выводу, что мощное инфракрасное свечение создаёт новый горячий объект, образовавшийся в результате столкновения двух планет, размер каждой из которых сопоставим с размером Нептуна. По подсчётам учёных, вращающийся объект имел температуру около 700 °С в течение примерно трёх лет. Со временем он остынет и сформирует на орбите ASASSN-21qj новую планету.

«Мы впервые наблюдали послесвечение после такого события. Мы и раньше видели обломки и диски, но никогда не видели послесвечения образовавшегося планетарного тела», — рассказал Саймон Лок (Simon Lock), участник исследования из Бристольского университета.

Астрономы намерены продолжить наблюдение за этой областью, чтобы подтвердить предположение о том, что происходит в звёздной системе. По мнению Кенворти, если пылевое облако продолжит вращаться вокруг звезды, то через 5-10 лет оно сместится в сторону от светила, и астрономы смогут увидеть отражённый от частиц пыли свет звезды с помощью самых мощных наземных телескопов. Также не исключается, что для наблюдения за этой областью может быть задействован наиболее современный космический телескоп NASA Джеймс Уэбб (James Webb Space Telescope).

Космическая обсерватория «Джеймс Уэбб» заглядывает не только во времена юности Вселенной. Она поможет также узнать секреты многих уголков нашей родной Солнечной системы. Свежим примером стало наблюдение за спутником Юпитера — Европой, под ледяным щитом которой плещется солёный океан. «Уэбб» ответил на один из ключевых вопросов для оценки вероятности появления жизни на Европе: есть ли на ней углерод и откуда он там взялся?

Источник изображений: NASA

Наблюдение за Европой с помощью камеры ближнего инфракрасного диапазона NIRCam и спектрометра NIRSpec позволили идентифицировать места скопления замороженного углекислого газа (CO₂). Разрешение спектрометра составляет 320 × 320 км на пиксель. Этого оказалось достаточно, чтобы анализ показал сосредоточение кристаллического вещества CO₂ преимущественно в двух областях на Европе: в регионах Тара и Повис (Tara и Powys). И это решает всё: отвечает на вопрос, откуда там появился углекислый газ и может ли быть биологическая жизнь в подлёдном океане малой планеты.

Регионы Тара, Повис и другие на Европе относятся к так называемым видам рельефов, как хаос. Это регионы без чётко определённой структуры поверхности — буквально хаотическое нагромождение всего на всём. На Европе такие регионы возникают в местах предполагаемых мегаполыней, где подлёдный океан тем или иным образом контактирует с внешней средой. Тем самым учёные делают заключение, что углерод попал на поверхность скорее из океана, а не из космоса на кометах или астероидах. В океане углекислый газ мог возникнуть в процессе разложения органики или в ходе иных химических процессов. В любом случае — это повышает шансы когда-нибудь обнаружить в водах океана Европы биологическую жизнь.

Первое слева изображение сделано инфракрасной камерой, все последующие — спектрометром (CO₂ показан белым)

К сожалению, в ходе этих кратковременных наблюдений за Европой учёным не удалось обнаружить бьющих из недр спутника газовых шлейфов или гейзеров. Признаки активного газового обмена — плюмы — ранее были замечены в наблюдениях «Хаббла» за Европой. «Уэббу» с этим не повезло, что наводит на мысль, что плюмы на Европе возникают лишь в определённых ситуациях.

До конца прояснить вопрос с существованием биологической жизни на Европе поможет только бурение и прямой доступ к его океану. Но до этого ещё очень и очень далеко. Больше ясности появится после 2030 года, когда над Европой начнёт кружить автоматическая станция NASA Europa Clipper. Запуск аппарата ожидается в октябре 2024 года. Научная миссия станции начнётся в 2030 году в ходе множества близких пролётов над поверхностью этого спутника Юпитера.