На расстоянии 110 световых лет от Солнца находится звезда K2-18, которую нельзя увидеть невооруженным глазом – для этого необходим мощный телескоп. Вокруг этой звезды обращаются как минимум две планеты, одной их которых является K2-18b. Ученые открыли ее в 2015 году, а спустя несколько лет начали находить на ней признаки жизни.

Считается, что на далекой планете нет суши, но зато она полностью покрыта водой, в которой могут плавать микроскопические создания. Недавно астрономы смогли изучить K2-18b при помощи запущенного в 2021 году телескопа Джеймса Уэбба. Кажется, что на этом космическом объекте действительно что-то есть – это еще не точно, но признаков жизни становится все больше.

По расчетам ученых, планета K2-18b крупнее Земли. Она полностью облетает звезду K2-18 за 33 дня и получает от нее на 5% больше света, чем Земля от Солнца. Расчеты ученых показывают, что ее атмосфера содержит воду. Раньше считалось, что планета относится к классу газовых карликов (мининептунов), которые представляют собой нечто среднее между Землей с твердой оболочкой и газовыми гигантами вроде Урана и Нептуна. Однако результаты нового исследования намекают на то, что планета K2-18b является гикеаном.

Гикеанами называют планеты, которые полностью покрыты водой. Считается, что на их поверхности сохраняются умеренные температуры и условия, вполне пригодные для жизни. На сегодняшний день подтвержденных гикеанов не существует, но есть кандидаты на это звание, и планета K2-18b как раз относится к ним. Она находится в обитаемой зоне звезды K2-18 – она не так далеко, чтобы вода замерзла, и не так близко, чтобы она испарилась. Гикеаны интересуют ученых потому, что на них с большой долей вероятности есть хотя бы какие-то формы жизни, и за ними относительно легко наблюдать.

Недавно группа ученых во главе с Никку Мадхусудханом опубликовала результаты изучения планеты K2-18b при помощи космического телескопа Джеймс Уэбб. Это происходило в январе 2023 года – в работе были задействованы инструменты NIRISS и NIRSpec. Исследование показало, что в атмосфере планеты содержится много водорода, а также метан и углекислый газ. Это придает ученым больше уверенности в том, что под тонкой и холодной атмосферой планеты K2-18b находится океан.

Больше всего ученых заинтриговало обнаружения следов диметилсульфида. Они не нашли именно это органическое соединение, а только признаки его наличия, однако это тоже весьма интересное открытие. На Земле диметилсульфид выделяется только бактериями, плавающим в воде планктоном и некоторыми водорослями. Обычно его выделяют бактерии в сточных водах и канализации – в некоторой степени, именно из-за них мы чувствуем характерную вонь. Но в малых концентрациях это вещество придает морскому воздуху «бодрящий» запах.

Не исключено, что диметилсульфид на планете K2-18b имеет другое происхождение, не имеющее ничего общего с формами жизни. Но данное открытие заставляет ученых заняться изучением далекой планеты с еще большим энтузиазмом. Возможно, спустя несколько месяцев или лет мы узнаем о ней нечто сенсационное.

K2-18b, также EPIC 201912552b – экзопланета у красного карлика K2-18. Находится на расстоянии 124 световых года от Земли, обращается вокруг звезды за 33 дня и, возможно, содержит в атмосфере воду. По массе классифицируется как суперземля. Слишком низкая средняя плотность 2,4±0,4 г/куб.см говорит о том, что эта планета скорее всего является мининептуном. Однако, спектроскопические данные допускают, что планета может являться гикеаном.

K2-18 – звезда 13,5 видимой звёздной величины и не видна невооружённым глазом. Её можно наблюдать в западной части созвездия Льва, рядом со звездой Вольф 359. Впервые в астрономической литературе упоминается в каталоге 2MASS, опубликованном в 2003 году. K2-18 представляет собой тусклый красный карлик спектрального класса M2,5V. Её масса и радиус равны 35% и 41% солнечных соответственно. Температура поверхности звезды равна приблизительно 3457 кельвинам, это почти вполовину меньше, чем температура Солнца.

В 2015 году командой астрономов, работающих с фотометрическими данными в рамках проекта Kepler-K2, было объявлено об открытии планеты K2-18b в системе. Наблюдения с помощью космического телескопа «Спитцер» подтвердили её существование в 2016 году. Она имеет радиус, равный 2,28 радиусов Земли, совершая полный оборот вокруг родительской звезды за 33 суток.

Астрономы с помощью спектрографа HARPS определили массу планеты: она оказалась равна восьми массам Земли. Планета находится в зоне обитаемости с равновесной температурой 284±15К. В атмосфере K2-18b обнаружен метан, углексилый газ, отсутствие аммиака. Кроме того, есть указания (но окончательно пока не подтверждено) на наличие диметилсульфида, который является маркером органической жизни(!). Также благодаря этим наблюдениям была обнаружена вторая планета – K2-18c. Она представляет собой суперземлю, расположенную на близкой орбите к родительской звезде. Её масса равна 7,5 массы нашей планеты.

В 2019 году два независимых научных исследования, объединив данные космических телескопов Kepler, Спитцер и Хаббл, пришли к выводу, что в атмосфере K2-18b существует значительное количество водяного пара. У экзопланеты, находящейся в зоне обитаемости, это было обнаружено впервые.

В 2023 году планету наблюдал телескоп Джеймс Уэбб. В её атмосфере были обнаружены молекулы метана, углекислого газа, а также признаки возможного наличия диметилсульфида, что может свидетельствовать о существовании жизни в гипотетическом океане на её поверхности. На Земле диметилсульфид в скольких-нибудь заметных количествах производят только живые организмы, однако в NASA подчеркнули, что вывод о присутствии диметилсульфида в атмосфере экзопланеты предварительный и требует дальнейшего подтверждения.

Хотя K2-18b находится в обитаемой зоне и содержит углеродсодержащие молекулы, это не обязательно означает, что она пригодна для жизни. Большой размер планеты – в 2,6 раза больше Земли – означает, что планета, вероятно, имеет мантию изо «льда» высокого давления, как у Нептуна, но при этом более тонкую атмосферу, богатой водородом, и океан. Однако океан может быть слишком горячим, чтобы быть пригодным для жизни или быть жидким.

K2-18b была обнаружена в 2015 году космическим телескопом Kepler, став одной из более чем 1200 экзопланет, обнаруженных во время миссии «Second Light», K2. Планета обращается вокруг красного карлика (в настоящее время известного как K2-18) спектрального класса M2,8, который находится примерно в 124 световых годах от Земли.

Планета была обнаружена по периодическому ослаблению блеска звезды, вызванному прохождением перед ней планеты, если смотреть с Земли. Планета была обозначена «K2-18b», так как это была восемнадцатая планета, обнаруженная во время миссии K2. Прогнозируемый относительно низкий контраст между планетой и её звездой-хозяином облегчит наблюдение за атмосферой K2-18b в будущем. Спектроскопические исследования 2019 года показали наличие в атмосфере планеты паров воды. Эти наблюдения с наибольшей вероятностью соответствуют модели гелиево-водородной атмосферы с водными облаками.

В 2017 году данные космического телескопа Спитцера подтвердили, что K2-18b находится в обитаемой зоне звезды K2-18, а период её обращения (33 дня) достаточно короткий, чтобы можно было пронаблюдать множество её орбитальных циклов и улучшить статистическую значимость сигнала. Это привело к широкому интересу к K2-18b и продолжению наблюдений за ней.

Более поздние исследования K2-18b с помощью высокоточного радиального искателя планет (HARPS) и поиска M-карликов с высоким разрешением Calar Alto с помощью Exoearths с ближним инфракрасным и оптическим спектрографами Echelle Spectrographs (CARMENES) указывают на возможное наличие у звезды K2-18 второй планеты, K2-18с, с расчётной массой 5,62±0,84М⊕ и расположенной ближе к звезде (период обращения 9 суток). Но эта планета ещё не подтверждена, а наблюдения, интерпретированные как признаки её наличия, могут объясняться звёздной аактивностью

При первом обнаружении расстояние К2-18 от Земли оценивалось в 110 световых лет (34 пк). Однако более точные данные из Gaia (проекта звёздного картирования) показали, что К2-18 находится на расстоянии 124,02±0,26 световых лет (38,025±0,079 пк). Это улучшенное измерение расстояния помогло уточнить свойства экзопланетной системы.

K2-18b обращается вокруг звезды K2-18 на расстоянии около 0,1429 а.е. (21,38 млн.км), которая находится в зоне обитаемости красного карлика, 0,12-0,25 а.е. (18-37 млн.км). Экзопланета имеет орбитальный период около 33 дней, который предполагает, что она всегда повёрнута к звезде одной стороной. По оценкам, равновесная температура планеты составляет около 265±5К (-8±5 град.C), и планета получает на 5% больше света, чем Земля. На основе данных, полученных инструментами HARPS и CARMENES, радиус K2-18b был оценён в 2,71±0,07 R⊕, а масса – в 8,63±1,35 М⊕.

Исследователи установили, что средняя плотность планеты составляет 2,4±0,4 г/куб.см. Скорее всего, она состоит в основном из воды и имеет толстую водородно-гелиевую атмосферу, что относит её к мининептунам. Согласно спектрам, полученным двумя группами исследователей, планета окружена атмосферой, состоящей в основном из водорода и гелия.

В ходе дальнейших исследований с использованием космического телескопа Хаббла подтвердились результаты наблюдений Кеплера и Спитцера и было проведено дополнительное исследование атмосферы планеты. Два отдельных анализа данных Хаббла были опубликованы в 2019 году под руководством исследователей из Университета Монреаля и Университетского колледжа Лондона (UCL). Оба исследовали спектры звёздного света, проходящего через атмосферу планеты во время транзитов, и обнаружили, что K2-18b имеет гелий-водородную атмосферу с высокой концентрацией водяного пара от 20% до 50%, достаточно высокой для образования облаков.

Астрономы подчеркнули, что открытие воды в атмосфере K2-18b не означает, что планета может поддерживать жизнь или даже быть пригодной для обитания, поскольку ей, вероятно, не хватает твёрдой поверхности или атмосферы, которая может поддерживать жизнь. Тем не менее, нахождение воды в обитаемой зоне экзопланеты помогает понять, как формируются планеты. Ожидается, что K2-18b будет наблюдаться с помощью космического телескопа ARIEL, который должен быть запущен в 2028 году. Он будет нести приборы, предназначенные для определения состава атмосфер экзопланет.

В 2023 году космический телескоп «Джеймс Уэбб» открыл в атмосфере планеты молекулы метана, углекислого газа и, возможно, диметилсульфида, который на Земле производится в природе только живыми организмами.

В феврале 2020 года команда кембриджских астрофизиков из Великобритании смоделировала внутреннее строение K2-18b по имеющимся данным. В ходе анализа стало понятно, что условия для жизни на ней очень маловероятны.

Вопрос об условиях на планете K2-18b остаётся открытым и сложным. Сегодня в арсенале учёных есть телескопы и методы, достаточно мощные, чтобы узнать, на орбите какой звезды и как далеко находится экзопланета. Мы не можем получать прямые изображения планеты, но инструменты позволяют определить её основные характеристики.

Определение того, какое количество света падает на K2-18b, важно для оценки потенциала планеты для жизни. K2-18b находится ближе к своей звезде, чем Земля к Солнцу: примерно в 16% расстояния от Земли до Солнца. Ещё одно значимое измерение – это мощность излучения родительской звезды, то есть общее количество энергии, которое она излучает в секунду. Мощность K2-18 составляет 2,3% мощности Солнца.

Используя эти данные, учёные определили, что K2-18b получает около 1,22 кВт солнечной энергии на квадратный метр. Хотя энергии, идущей от K2-18, меньше, это компенсируется близостью планеты к звезде. Однако расчёт не учитывает облачность и коэффициент отражающей поверхности планеты.

Когда говорят про жизнь на других планетах, популярным термином является «зона обитаемости», что означает, что при средней поверхностной температуре вода будет находиться в жидком состоянии, так как это является необходимым условием для поддержания жизни в известном нам виде. В 2019 году космический телескоп «Хаббл» определил, что у K2-18b присутствуют признаки водяного пара, что указывает на наличие жидкой воды на поверхности.

Это вызвало волнения на момент обнаружения, но без дальнейших доказательств это просто интересный результат. Теперь у астрономов есть доказательства того, что JWST обнаружил углекислый газ, метан и, возможно, соединение диметилсульфида в атмосфере. Обнаружение диметилсульфида является значимым признаком, поскольку из известных путей его естественным образом производят только водоросли на Земле. На сегодня учёным неизвестны другие способы естественного образования диметилсульфида без живых организмов.

Все эти указания кажутся предвестниками того, что K2-18b может быть местом, где можно найти внеземную жизнь. Однако это обнаружение не так просто, поскольку неизвестно, насколько точны полученные результаты. Метод, используемый для определения состава атмосферы экзопланеты, предусматривает прохождение света от другого источника (обычно звезды или галактики) через край атмосферы. Любые химические соединения будут поглощать свет на определённых длинах волн, которые затем можно идентифицировать.

Вероятность существования жизни на экзопланете K2-18b невелика, но не исключена. Нынешние результаты, вероятно, не изменят мнения или убеждения о потенциальной внеземной жизни. Однако они демонстрируют возрастающую способность исследовать экзопланеты и получать больше информации.

Доверие к данным JWST составляет не только создание захватывающих изображений, но и предоставление подробных и точных данных об изучаемых объектах. А кроме того, наше знание, какие экзопланеты имеют на поверхности воду, может рассказать нам о том, как формировалась Земля.

Изучение атмосфер газовых гигантов-экзопланет может помочь исследованию аналогичных планет в Солнечной системе, таких как Юпитер и Сатурн. А определение уровня CO2 позволяет представить, как парниковый эффект может повлиять на атмосферу планеты.

Планета K2-18b – довольно интересный объект для изучения. Вращаясь в обитаемой зоне своей звезды, экзопланета примерно в 2,6 раза шире и в 8,6 раза массивнее нашей родной планеты. Подобные размеры ставят обнаруженный объект между Землей и Нептуном, классифицируя планету как суперземлю. Однако может ли какая-либо жизнь возникнуть в столь отличном от голубой планеты месте?

Несмотря на то, что в Солнечной системе отсутствуют планеты с характеристиками суперземель, ученые дают вполне оптимистичные прогнозы по поводу возможных климатических условий на K2-18b. Так, судя по всему, обнаруженная в относительном космическом соседстве с Землей планета, обладает тонкой, гостеприимной атмосферой и большими запасами воды, столь необходимой для выживания любых известных нам живых организмов.

Для того, чтобы выяснить, насколько описанная выше теория соответствует действительности, исследователи из Кембриджского университета проанализировали данные о составе атмосферы экзопланеты. В ходе моделирования было выяснено, что внешняя оболочка K2-18b богата водородом и содержит большое количество водяных паров. Кроме того, было выяснено, что в атмосфере планете присутствуют также метан и аммиак, но в гораздо меньшем количестве, чем это предполагалось ранее.

Хотя большинство обнаруженных на сегодняшний день суперземель представляют собой газовые мини-Нептуны без наличия какой-либо твердой поверхности, характеристики новой экзопланеты показывают, что она является своеобразным исключением из этого правила. Так, важные для развития жизни показатели водорода говорят о том, что его составная доля не превышает 6 процентов от всей массы планеты, что может быть довольно неплохой новостью для местной органики, если таковая, конечно же, там существует.

Из-за того, что в настоящее время имеющееся в распоряжении землян оборудование не позволяет вести детальное наблюдение крайне удаленных от Земли объектов, единственной методикой, позволяющей нам хотя бы представить себе найденную экзопланету, является так называемый транзитный метод.

Суть методики заключается в том, что планета, проходящая мимо своего светила, несколько затемняет свечение звезды-хозяина, тем самым выдавая свое присутствие на орбите. Как вы можете догадаться, применение данного способа едва ли может рассказать нам о характеристиках обнаруженного мира. Однако даже в этом случае ученые смогли найти выход из положения: изучая спектр верхних слоев атмосферы экзопланеты во время транзита, мы можем найти химические элементы, присутствующие в воздушной оболочке удаленного за многие десятки, сотни и даже тысячи световых лет от нас объекта. Применение данной методики позволило выяснить и примерный состав очередного “двойника Земли”. Так, большинство сценариев, разработанных в ходе исследования, изображают планету K2-18b как полностью водный мир с довольно приятными показателями атмосферного давления и температуры.

Мэтью Никсон, один из авторов исследования, утверждает, что открытие суперземли с подобными характеристиками может оказать значительную помощь в поиске потенциально обитаемых объектов. Так, если ранее суперземли обычно не рассматривались в качестве мест, где может возникнуть и эволюционировать жизнь, то мир K2-18b может опровергнуть это правило.

Если результаты дальнейших исследований докажут правдивость столь смелой теории, то довольно распространенные во Вселенной каменистые суперземли могут стать одними из наиболее предпочтительных кандидатов на обитаемость, а обнаруженная в созвездии Льва планета рискует стать одним из объектов пристального внимания со стороны земных астрономов.