О климате и возможной обитаемости планеты Проксима b

В широком диапазоне атмосферного давления, состава атмосферы и содержания воды жидкая вода может присутствовать на поверхности планеты – в виде отдельных озер или океана, полностью или частично свободного ото льда.

Вечером 24 августа 2016 года прошла долгожданная пресс-конференция, посвященная открытию землеподобной планеты у ближайшей к Солнцу звезды Проксима Центавра. Открытие было сделано методом измерения лучевых скоростей родительской звезды, оно явилось результатом обширной программы интенсивных наблюдений Проксимы, завершение которой получило название Pale Red Dot (Бледная красная точка, намек на знаменитые слова Карла Сагана о бледной голубой точке – Земле). На протяжении многих лет лучевые скорости Проксимы измерялись с помощью двух высокоточных спектрографов – HARPS и UVES. Спектрограф UVES вел наблюдения Проксимы в период с 2000 по 2008 год, всего было получено 72 замера. HARPS сделал 90 замеров лучевой скорости Ближайшей в рамках разных программ до 2016 года, и 54 замера – в период с 19 января по 31 марта 2016 года в рамках программы Pale Red Dot. Параллельно велся плотный мониторинг хромосферной и вспышечной активности Проксимы для учета колебаний лучевой скорости, вызванных собственной активностью звезды. Результатом стало открытие планеты земного типа в обитаемой зоне, достоверность которого оценивается в 99.99999%.

Проксима Центавра (GJ 551, HIP 70890) – тусклый красный карлик спектрального класса M5.5 V, удаленный от нас всего на 1.30 пк. Ее масса оценивается в 0.120 ± 0.015 солнечных масс, радиус – в 0.141 ± 0.021 солнечных радиусов, светимость в ~645 раз меньше светимости Солнца. Проксима вращается вокруг своей оси достаточно медленно (за ~83 земных суток), что говорит о ее зрелом возрасте ~4.85 млрд. лет. Мощность рентгеновского излучения этой звезды сравнима с мощностью рентгеновского излучения Солнца.

Проксима Центавра расположена на расстоянии ~15000 а.е. от более тесной пары звезд альфа Центавра A и B. Близость собственных скоростей всех трех звезд говорит о том, что, скорее всего, они составляют физически связанную систему. Однако по мнению ряда авторов Проксима не связана с парой A и B, но является частью общего звездного потока, куда входит еще несколько звезд. Окончательно этот вопрос еще не решен.

Богатые и плотные ряды замеров лучевой скорости Проксимы позволили обнаружить когерентные колебания с периодом 11.186 ± 0.002 земных суток и полуамплитудой 1.38 ± 0.21 м/с, никак не связанные с активностью звезды. Проанализировав и исключив различные астрофизические явления, способные вызвать такие колебания, авторы открытия пришли к выводу, что их вызывает планета с минимальной массой (величиной m sin i) в 1.27 +0.19/-0.17 масс Земли. Проксима b вращается вокруг своей звезды по орбите с плохо определенным эксцентриситетом (e < 0.35) на среднем расстоянии 0.0485 +0.0041/-0.0051 а.е., где уровень инсоляции составляет ~65% земного, иначе говоря, ее температурный режим является промежуточным между температурными режимами Земли и Марса.

25 августа 2016 года в Архиве электронных препринтов появилось сразу несколько теоретических работ, посвященных происхождению, эволюции и климату Проксимы b. Разумеется, вопросов у исследователей получилось куда больше, чем ответов. Остается неизвестной истинная масса планеты и ее радиус. Авторы одного из исследований подчеркивают, что масса Проксимы b почти наверняка меньше 10 масс Земли и скорее всего меньше 3 масс Земли, но подобные ограничения слишком мягки и открывают широкий простор для спекуляций. Проксима b может быть планетой земного типа, океанидой, даже мини-нептуном. Даже если ее истинная масса близка к минимальной (~1.3 масс Земли), климатическая эволюция планеты коренным образом зависит от начального содержания летучих в ее составе.

Красные карлики довольно много времени проводят на стадии, предшествующей главной последовательности. На этой стадии они продолжают сжиматься, а их светимость постепенно падает. В первые 160 млн. лет существования Проксимы эта звезда была гораздо ярче, чем сейчас, а планета Проксима b находилась ближе внутреннего края обитаемой зоны. Этого мало – мощные вспышки и корональные выбросы молодой звезды приводили к интенсивной эрозии атмосферы планеты. Даже сейчас Проксима b получает от своей звезды в 30 раз больше ультрафиолета, чем Земля от Солнца, а рентгеновских лучей – больше в 250 раз. По расчетам исследователей, мощность ультрафиолетового и рентгеновского излучения молодой Проксимы был таков, что планета b теряла воду с темпом один земной океан за ~4 млн. лет. Если изначальное количество воды на ней было близко к земному, к настоящему моменту она уже полностью высохла.

Если планета b изначально была богата водой или если к моменту завершения своего формирования она удержала водородную оболочку с массой ~0.01 масс Земли, в настоящий момент она может иметь благоприятный климат и даже быть обитаемой. Однако если захваченного водорода окажется слишком много (0.1-1% масс Земли), он не успеет весь диссипировать за 4.8 млрд. лет, атмосферное давление и температура поверхности планеты окажутся слишком высоки, и планета окажется необитаемым мини-нептуном.

Еще одна работа, опубликованная 25 августа, была посвящена моделированию климата Проксимы b в предположении, что она является планетой земного типа с массой 1.4 масс Земли и радиусом 1.1 радиусов Земли. Авторы моделировали климат планеты для случая орбитально-вращательных резонансов 1:1 (планета всегда обращена к звезде только одной стороной) и 3:2, как у Меркурия, последний вариант возможен в случае орбитального эксцентриситета, превышающего 0.06. Рассматривались как случаи с тонкой азотной атмосферой с примесью углекислого газа, так и плотной углекислотной атмосферы с давлением у поверхности 1, 4 и 6 атм., а также с разным количеством воды. Как оказалось, в широком диапазоне атмосферного давления и содержания воды жидкая вода может присутствовать на поверхности планеты – в виде отдельных озер или океана, полностью или частично свободного ото льда.

Ниже показаны результаты расчета поверхностных температур для случаев синхронного (1:1) и несинхронного (3:2) вращения планеты. Как мы видим, в широком диапазоне атмосферных давлений на поверхности температура или всей планеты, или отдельных областей оказывается выше 0°С.

В случае обилия воды и глобального океана авторы в зависимости от плотности и состава атмосферы получали как «планету-снежок», так и смешанные варианты с полыньей в подзвездной области, океаном, частично покрытым льдом и, наконец, теплым океаном, полностью свободным ото льда.

https://vk.com/feed?w=wall-47256091_160892

Ежегодно, с 4 по 17 декабря, на ночном небе наблюдается самый обильный звездопад северного неба под названием Геминиды - в этот период можно наблюдать до 120 сгорающих в небе метеоров в час. Это происходит потому, что наша планета в декабре проходит через рой мелких частиц, выброшенных в космос бывшей когда-то кометы, а ныне астероида, 3200 Фаэтон. В этом году нам повезло - пик звездопада совпал в период, когда ночь обходится без Луны.

В созвездии Девы находится крохотная слабенькая звёздочка – настолько слабенькая, что в школьный телескоп, даже при самых лучших условиях наблюдений, её еле-еле видно. У неё нет даже собственного имени – в каталоге PGC она числится под номером 41121. Однако в середине 60-х годов прошлого века эта неприметная звёздочка вдруг заставила говорить о себе астрономов всего мира!

Обозревая небо с помощью радиотелескопа, астрономы обнаружили небывало яркий источник радиоизлучения. Довольно быстро они поняли, что этот источник радиоизлучения (его зарегистрировали как 3C273) и «звёздочка» PGC 41121 – один и тот же объект.

Во-первых, математические расчёты показали, что объект 3C273 находится на невообразимом расстоянии в 2.5 миллиарда световых лет – то есть в телескоп мы видим этот объект таким, каким он был два с половиной миллиарда лет назад.

Во-вторых, те же самые математические расчёты показали, что этот объект обладает запредельной яркостью. Если бы мы могли переместить его на место на место звезды Поллукс, на расстояние в 34 световых года от Земли, тогда объект 3C273 светил бы и грел, как наше Солнце!

Эта «звёздочка» ярче нашего Солнца в 4 триллиона раз!

Таким образом, 3С273 стал первым открытым квазизвёздным радиоисточником, или, сокращённо, квазаром.

На сегодняшний день астрономы открыли множество квазаров, однако до сих пор так и не смогли внятно объяснить их загадочные свойства, прежде всего колоссальные яркость и температуру.

Считается, что это гиперактивные ядра древних галактик, выбрасывающие вещество и энергию с огромной скоростью... Но всё те же самые расчёты показывают, что этого механизма недостаточно для получения наблюдаемых температур!

Так что загадка квазаров всё ещё ждёт своего решения...

https://lychik-school.livejournal.com/21255.html?media