LHS 3844 b – это горячая каменистая планета с поверхностью, похожей на Меркурий, который как и Луна испещрен ударными кратерами. Темная сторона этой горячей суперземли – тектонически активная.

LHS 3844 b вращается вокруг звезды – красного карлика. Она расположена примерно в 49 световых годах от нас в созвездии Индеец. Также важно отметить, что одна сторона планеты постоянно обращена к звезде.

Между ее дневной и ночной сторонами существует значительный контраст: температура на дневной стороне достигает 765 град.C а на ночной опускается до -250 град.C.

На первый взгляд экзопланета LHS 3844b имеет мало общего с Землей. Но исследователям удалось обнаружили целый ряд интересных сходств между ними.

Ученые из Бернского университета сделали удивительное открытие при изучении новой экзопланеты, которое предполагает, что у небесного тела может быть нечто общее с нашей Землей, на что раньше просто никто не обращал внимания.

Экзопланета под названием LHS 3844b была впервые обнаружена в 2018 году и находится «всего» в 45 световых годах от нас. Особенность этого небесного тела в том, что она и наша Земля могут иметь очень интересную общность.

На первый взгляд, большей разницы между экзопланетой и нашей Землей просто быть не может, настолько они не похожи. Ее поверхность состоит в основном из горных пород, которые могут быть покрыты действующими вулканами. Кроме того, в отличие от Земли, LHS 3844b не имеет собственной атмосферы.

Отсутствие атмосферы здесь – это удачная находка. Благодаря этому, ученые смогли лучше наблюдать и проанализировать экзопланету. И их исследования свидетельствуют, что LHS 3844b может оказаться первой известной экзопланетой с тектоникой плит. Это означает, что кора планеты состоит из различных плит, которые перемещаются по ее мантии. Пока что за пределами нашей Солнечной системы не была обнаружена ни одна другая планета с тектоническим циклом.

Экзопланета находится так близко к своей звезде, что одна ее сторона всегда подвергается воздействию излучения и света звезды, а другая всегда находится в тени. Это является причиной существования там экстремальной разницы в температурах. На «дневной стороне» температура составляет около 800 градусов по Цельсию, а на теневой стороне очень холодно – до -250 градусов по Цельсию.

Однако, если немного пофантазировать. Что же за жизнь там может быть?

Несмотря на многочисленность уже обнаруженных экзопланет, никаких признаков глобальной тектонической активности на планетах за пределами нашей Солнечной системы обнаружено еще не было. Но теперь ученым все же удалось выявить далекий мир, для которого может быть характерна особая форма вулканизма: внутри планеты LHS 3844b материал может перетекать из одного полушария в другое, вызывая при этом извержения вулканов.

На Земле тектоника плит ответственна не только за образование гор и землетрясения. Она также является неотъемлемой частью круговорота вещества, которое переносит материал изнутри планеты на поверхность и в атмосферу, после чего возвращает его обратно под земную кору. Следовательно, тектоника имеет решающее влияние на условия, которые в конечном итоге делают Землю пригодной для жизни.

Международная группа астрономов и астрофизиков впервые смогла наблюдать прямые доказательства того, что планета за пределами Солнечной системы является приливно захваченной. В своем исследовании, опубликованном в The Astrophysical Journal, они смогли это доказать для ранее открытого мира LHS 3844b.

Приливно захваченными называют те небесные тела, которые находятся достаточно близко к более массивным объектам и подвергаются воздействию их приливных сил. Последние на протяжении миллионов лет тормозят их вращение вокруг собственной оси до тех пор, пока оно по своей продолжительности не сравнится с продолжительностью путешествия вокруг центрального тела.

Конечный результат этого процесса хорошо виден по земной Луне. Она всегда повернута к нам одной и той же стороной. То же самое характерно для многих спутников планет в Солнечной системе. А вот за ее пределами прямо доказанных примеров этого явления до сих пор не было.

Точнее, у других звезд приливной захват должен быть обычным явлением. Многие экзопланеты, вращающиеся вокруг более тусклых, чем Солнце, звезд, находятся настолько близко к ним, что точно должны были бы быть захваченными. Однако до сих пор ни для одного землеподобного мира за пределами Солнечной системы это не было доказано.

Планета LHS 3844b была открыта еще в 2018 году. Тогда же ученые установили, что она является суперземлей, то есть миром, подобным по своему составу на Землю, но при этом немного больше ее. Кроме того, орбита этого тела намекала, что оно может быть приливно захваченным. Именно последнее утверждение ученые и решили проверить.

Для этого они использовали космический телескоп Spitzer. Он работает в инфракрасной области спектра, а значит, его можно использовать для анализа того, насколько сильно нагрета поверхность или атмосфера небесного тела. Именно так и сделали с LHS 3844b.

Ученые обнаружили, что на протяжении всего путешествия суперземли вокруг ее светила, одно ее полушарие остается заметно холоднее другого. Это означало, что она не возвращается к звезде, а значит, этот мир действительно является приливно захваченным.

Самое же важное в исследовании то, что теперь и в отношении многих других экзопланет может оказаться, что они действительно всегда повернуты к своей звезде одной и той же стороной. Это может существенно повлиять на оценки возможности жизни во Вселенной.

Суперземля Куа’куа, или LHS 3844b, в полусотне световых лет от нас стала первой планетой, находящейся в подтвержденном приливном захвате со звездой. Это удалось выяснить благодаря тому, что у планеты нет атмосферы.

Считается, что экзопланеты, летающие близко к своей звезде, находятся в приливном захвате, то есть одна их сторона всегда обращена к звезде, как у Луны – к Земле. Такая синхронизация происходит из-за гравитационного взаимодействия двух тел. Но в системе не всегда есть лишь два тела. На вращение планеты оказывает влияние и ее внутренняя структура: например, магма у ядра или другой жидкий слой, а также атмосфера или океан, если таковые есть. Более того, не всегда вращение получается «чистым» синхронным, нередко возникает резонанс.

Несмотря на множество факторов, моделирование показало, что планеты на круговых орбитах всегда выходят на синхронное вращение. Проблема в том, что наши инструменты не позволяют настолько точно измерить эксцентриситет орбиты, а даже при значении e =0.001–0.01 экзопланета уже может поддерживать резонанс. Поэтому ученые пытаются определить приливный захват по косвенным признакам. Например, по тому, как планета нагревается по всей своей орбите – по ее фазовой тепловой кривой.

Проще всего анализировать эту кривую у «голых» экзопланет без атмосферы или океана. Их нагрев зависит лишь от вращения, орбиты, свойств поверхности или потенциального приливного разогрева. Оценить их гораздо проще, чем влияние потенциальной «погоды» на газовых гигантах.

Именно поэтому для проверки приливного захвата международная группа астрофизиков выбрала Куа’куа, или LHS 3844b. Это небольшая (1,32 радиуса Земли) экзопланета летает у красного карлика в 48,5 светового года от нас. Ее орбитальный период – всего 11,1 часа. Согласно наблюдениям и спектральному анализу, ее ночная сторона совсем холодная, почти нет ни водорода, ни воды, а значит, нет и плотной атмосферы. Более того, судя по фазовой тепловой кривой, у Куа куа почти круговая орбита.

Авторы исследования, опубликованного в журнале The Astrophysical Journal, построили тепловую компьютерную модель Куа’куа и сопоставили результаты с данными наблюдений космического телескопа «Спитцер». В отличие от предыдущих исследований этой экзопланеты, ученые анализировали всю фазовую тепловую кривую, а не только ее часть.

Моделирование показало, что резонансное вращение 3:2, как у Меркурия с Солнцем, разогревало бы Куа’куа приливными силами гораздо сильнее, чем мы видим по данным «Спитцера». Отсутствие признаков сильного приливного разогрева также указывает на маленький эксцентриситет орбиты экзопланеты, менее 0,001. То есть, если планета и вращается вокруг своей оси, то настолько медленно, что, по сути, находится в приливном захвате.

У поверхности Куа’куа очень низкое альбедо, то есть отражательная способность. Ранее ученые думали, что причина в базальтовой корке. Новое моделирование показало, что такой сценарий не подходит. Фазовая тепловая кривая экзопланеты лучше всего объясняется космическим выветриванием (то есть Куа’куа покрыта слоем реголита) или небольшим приливным разогревом от взаимодействия с гипотетической еще одной планетой. По оценке авторов исследования, без наличия еще одной планеты при таком приливном воздействии звезды Куа’куа вышла бы на круговую орбиту всего за 530 лет.

Так как второй сценарий требует принятия предположения о существовании еще одной планеты, авторы новой работы отдали предпочтение версии о реголитовой поверхности, хотя только по данным это подтвердить пока невозможно.

Учёным достоверно известно о наличии жизни только на Земле, ни одно другое небесное тело нельзя уверенно признать пригодным для жизни. Однако астрофизики могут определить степень пригодности планеты для жизни, оценив, насколько её параметры похожи на земные. Землеподобные планеты имеют близкую к нашей планете массу, состоят преимущественно из силикатных пород и не имеют толстой водно-гелиевой атмосферы, как у газовых гигантов. При этом учёные не исключают, что определённые формы жизни могут развиваться в верхних облачных слоях планет-гигантов.

В программе развития астробиологии NASA названы следующие признаки пригодности планет для жизни: большие водоёмы, условия для синтеза сложных органических веществ, наличие источника энергии для поддержания метаболизма. При оценке пригодности планет для жизни учёными учитывается большое число других характеристик. Вот основные:
• Звезда, вокруг которой обращается планета, должна иметь стабильную светимость в течение времени, достаточного для возникновения и эволюции жизни. Её яркость не должна сильно меняться с течением времени. Тело должно содержать достаточно много тяжёлых элементов (тяжелее водорода и гелия), которые позволят сформироваться землеподобным планетам;
• Масса планеты должна быть не меньше чем 0,3 земной массы (по данным учёных из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики, не меньше чем 1 масса Земли). Подобная масса позволяет выполнить два важнейших условия: планета может удерживать своей гравитацией плотную атмосферу, и её недра долго остаются горячими и подвижными, что приводит к тектонике плит;
• Орбита не должна быть слишком вытянутой, чтобы расстояние от планеты до звезды не менялось в широких пределах: это приводит к большим колебаниям температуры на поверхности планеты;
• Наклон оси вращения планеты должен быть умеренным: если он слишком мал, не происходит смены времён года, планета остаётся довольно холодной, если чересчур велик, смена сезонов происходит очень резко, биосфере трудно приспособиться к такому климату. Жизнеспособная планета должна вращаться достаточно быстро, чтобы дни и ночи сменялись быстро и суточные колебания температур не были слишком резкими;
• На планете должны присутствовать четыре биологически значимых элемента (органогены): углерод, водород, кислород и азот. Из них состоят аминокислоты, строительные элементы белков. Кроме того, для жизни земного типа важна сера (участвует в строительстве белков) и фосфор (важен для синтеза ДНК, РНК и нуклеотидов).