В последние десятилетия астрономы выявили тысячи экзопланет — планет, вращающихся вокруг звёзд за пределами Солнечной системы. Среди них десятки расположены в так называемых обитаемых зонах, где температура могла бы позволить существовать жидкой воде на поверхности. Но наличие воды — не единственный фактор, определяющий возможность развития и поддержания жизни. По мнению ряда исследователей, ключевую роль в этом вопросе играет активность звезды, в частности её способность к вспышкам — внезапным выбросам энергии, сопровождаемым излучением и выбросами плазмы, способным серьезно влиять на условия на окружающих планетах.
Почему вспышки важны для оценки условий на экзопланетах
Многие потенциально обитаемые миры вращаются вокруг красных карликов (M-звёзд) — небольших, тусклых и наиболее распространённых звёзд в Млечном Пути. По разным оценкам, до 70 % всех звёзд галактики — именно красные карлики, и у них обнаружено множество землеподобных планет, расположенных в обитаемых зонах.
Проблема заключается в том, что эти звёзды проявляют высокую вспышечную активность: они часто испускают мощные вспышки, сопровождающиеся выбросами рентгеновского, ультрафиолетового излучения и корональными выбросами массы. Такое “космическое шторми́е” излучение может:
- разрушать атмосферу планеты, способствуя её истощению;
- разрушать озоновый слой, что увеличивает поток ультрафиолетового излучения на поверхности;
- увеличивать поток заряженных частиц, которые могут приводить к химическим изменениям в атмосфере.
Исследования, опубликованные в 2019 году, показывают, что даже регулярные вспышки средней мощности могут достаточно быстро полностью уничтожить озоновую оболочку планеты, что делает её поверхность практически непригодной для жизни, подобной земной.
Какие параметры звёзд требуют изучения
Авторы белой книги “Habitability of exoplanets orbiting flaring stars”, подготовленной в рамках инициативы ESO Expanding Horizons, подчёркивают, что для надёжной оценки влияния вспышек на обитаемость экзопланет нужно более детально изучить четыре ключевых характеристики:
- энергия вспышек — мощность выбросов в рентгеновском и ультрафиолетовом диапазонах,
- частота вспышек — насколько часто происходят эти события у разных типов звёзд,
- распределение энергии во времени — как долго длятся вспышки и корональные выбросы массы,
- зависимость вспышечной активности от возраста и типа звезды.
Без этих данных трудно понять, насколько серьезно вспышки истощают атмосферу или, наоборот, способствуют химическим процессам, важным для предбиотической химии.
Влияние вспышек на атмосферу и биосигнатуры
Вспышки испускают не только энергию, но и потоки заряженных частиц и ультрафиолетового света. Их воздействие на атмосферу планеты может быть двояким:
- В отрицательном аспекте, при частых мощных вспышках атмосфера может терять массу, а важные защитные слои, такие как озоновый слой, — исчезать, что делает поверхность планеты более уязвимой.
- В положительном аспекте, определённый уровень ультрафиолетового излучения может способствовать предбиотическим химическим реакциям, которые считаются одними из ключевых этапов в возникновении жизни. Этот аспект требует более тонкого изучения.
Таким образом, вспышки звезд могут одновременно быть фактором риска и элементом, стимулирующим химические процессы, связанные с началом жизни — но пока эти механизмы остаются слабо описанными в наблюдательных данных.
Ограниченность текущих данных
Солнце — наша ближайшая звезда — является модельным объектом для изучения вспышечной активности: мы наблюдаем его вспышки с высоким разрешением, включая спектральные данные и детальную временную динамику. Но аналогичных спектроскопических наблюдений вспышек у других звезд крайне мало. Это серьёзно затрудняет оценку влияния звёздной активности на окружающие планеты и ограничивает способность делать обоснованные выводы о жизнеспособности их условий.
Текущие и будущие инструменты исследований
Чтобы преодолеть эти ограничения, астрономы предлагают разработать астрономические инструменты, специализированные для наблюдения вспышек в широком диапазоне длин волн и с высоким временным разрешением. В числе таких проектов упоминаются:
- Китайский Wide Field Survey Telescope (WFST) — телескоп с зеркалом 2,5 метра, предназначенный для широкопольных наблюдений, который может фиксировать вспышки на большом количестве звезд;
- предложения по созданию телескопа с зеркалом более 4 метров и широкой областью обзора, оснащённого тысячами волокон для спектроскопии множества целей одновременно — что позволило бы изучать вспышки на сотнях звёзд в режиме реального времени.
Такие миссии способны существенно расширить базу эмпирических данных и дать статистику вспышечной активности для различных типов звёзд, что необходимо для оценки их способности поддерживать атмосферу и, следовательно, условия, близкие к обитаемым.
Почему это критично для астрофизики
До сих пор понятие обитаемости экзопланет во многом основывалось на простом расчёте “зоны обитаемости” по средней температуре, исходя из расстояния от звезды к планете. Однако этот подход не учитывает космическую погоду — вариации энергетического излучения звезды, которые могут оказывать критическое влияние на атмосферу и поверхностные условия на планетах.
Исследователи подчёркивают, что сочетание данных о звёздной активности, частоте и мощности вспышек, а также химическом составе атмосферы планет — необходимое условие для построения реалистичной модели обитаемости. Без этого невозможно судить, действительно ли планета в зоне, где теоретически возможна жидкая вода, способна поддерживать условия, пригодные для жизни.
Заключение
Астрономы считают, что современная наука о нахождении обитаемых экзопланет достигла точки, где необходимо не только искать планеты в нужной зоне, но и детально изучать активность их родительских звёзд. Понимание вспышек — их частоты, энергии и спектрального состава — является неотъемлемой частью оценки условий на потенциально обитаемых мирах. Для этого требуются новые наблюдательные программы и более совершенные инструменты, способные вести систематическое наблюдение звездной активности на большом количестве объектов.
Источники:
Статья создана по материалам UniverseToday.com
