Гелиевая оболочка на краю обитаемости: астрономы впервые нашли атмосферу у каменистой экзопланеты вне Солнечной системы

Международная группа астрономов совершила открытие, которое может изменить представления о поиске потенциально пригодных для жизни миров. Впервые в истории удалось подтвердить наличие атмосферы у каменистой экзопланеты, расположенной в обитаемой зоне своей звезды. Ею стала суперземля LHS 1140b — мир, находящийся всего в 48 световых годах от Земли.

До сих пор единственной каменистой планетой с точно подтверждённой устойчивой атмосферой оставалась Земля. Теперь к этому списку добавился объект за пределами Солнечной системы, причём его газовая оболочка сохранилась в условиях, которые многие модели считали почти губительными.

Открытие особенно важно потому, что LHS 1140b находится рядом с красным карликом — типом звёзд, которые отличаются мощными вспышками и интенсивным ультрафиолетовым излучением. Такие звёзды долгое время считались серьёзной угрозой для атмосфер небольших каменистых планет.

Однако новая работа показывает: даже в столь суровой среде планета может сохранять газовую оболочку миллиарды лет.

Суперземля у спокойного, но опасного солнца

Экзопланета LHS 1140b была открыта ранее, но только сейчас учёные смогли получить прямые свидетельства существования её атмосферы.

Планета обращается вокруг красного карлика LHS 1140, расположенного примерно в 14,96 парсека от Земли. Возраст звезды оценивается более чем в 3 миллиарда лет. Для красного карлика это сравнительно молодой возраст: такие звёзды способны существовать сотни миллиардов лет.

Сама планета значительно отличается от Земли по своим параметрам:

• радиус — около 1,73 радиуса Земли;
• масса — примерно 5,6 массы Земли;
• сила тяжести — почти вдвое выше земной;
• период обращения вокруг звезды — 24,7 дня.

Из-за близости к своему светилу LHS 1140b находится в приливном захвате. Это означает, что одна её сторона постоянно обращена к звезде, а другая погружена в вечную ночь.

На дневном полушарии царит постоянное освещение, тогда как ночная сторона никогда не видит своего солнца. Между ними может существовать зона вечного сумеречного климата — область, которую некоторые учёные рассматривают как потенциально наиболее комфортное место для сложных атмосферных процессов.

При этом энергии от звезды планета получает меньше, чем Земля от Солнца: около 42% земного уровня. Расчётная равновесная температура составляет примерно 226 кельвинов (-47 градусов Цельсия).

Но температура поверхности — далеко не единственный фактор, определяющий возможность существования жизни.

Главный вопрос: способна ли планета удерживать атмосферу?

Как нашли невидимый газовый слой

Для обнаружения атмосферы исследователи использовали спектроскопический метод.

Когда планета проходит перед своей звездой, часть света светила проходит через её атмосферу. Различные газы поглощают определённые длины волн, оставляя своеобразный «отпечаток пальца».

Команда под руководством Коллина Черубима использовала модель эволюции атмосфер, которая ранее предполагала возможность существования гелиевых оболочек у экзопланет.

Наблюдения проводились с помощью спектрографа на телескопе Магеллана «Клэй». В 2024 году прибор зарегистрировал характерную линию поглощения на длине волны 10 833 ангстрема — признак присутствия метастабильного гелия.

Глубина сигнала составила 1,24%, что оказалось значительно выше ожидаемого для тонкой остаточной атмосферы.

Расчёты показали: газовая оболочка простирается далеко над поверхностью планеты. Радиус непрозрачного слоя атмосферы примерно в 1,52 раза превышает радиус самой LHS 1140b.

Иными словами, учёные обнаружили не просто следы разреженного газа, а масштабную атмосферную структуру.

Атмосфера, которая должна была исчезнуть

Открытие LHS 1140b стало неожиданностью именно из-за характера её звезды.

Красные карлики часто проявляют высокую активность: они выбрасывают мощные потоки рентгеновского и ультрафиолетового излучения. Эти виды радиации нагревают верхние слои атмосферы планет и могут буквально «выдувать» газ в космос.

Учёные считают, что на ранних этапах истории LHS 1140b её атмосфера могла подвергаться сильнейшей эрозии.

Однако произошло нечто интересное.

Лёгкий водород, вероятно, действительно был потерян. Его молекулы легко разгоняются до космических скоростей и покидают планету под воздействием звёздного излучения.

Но гелий оказался более устойчивым.

По оценкам исследователей, отношение водорода к гелию в верхних слоях атмосферы сейчас составляет всего около 10⁻³.

Фактически планета могла пройти через стадию, когда водородная оболочка постепенно исчезла, оставив после себя своеобразный «гелиевый остаток».

Планета теряет атмосферу прямо сейчас

Наблюдения показали, что атмосфера LHS 1140b не является неподвижной.

Учёные обнаружили признаки сложной структуры газового облака:

• перед планетой формируется опережающий газовый хвост;
• после прохождения может существовать дополнительный шлейф;
• атмосфера реагирует на изменения активности звезды.

Перед транзитом был зарегистрирован сигнал поглощения глубиной около 1,01%.

Однако уже в 2025 году повторные наблюдения не обнаружили заметного поглощения гелия.

Это говорит о том, что атмосфера находится в динамическом состоянии.

Возможные причины:

• изменения интенсивности рентгеновского излучения звезды;
• колебания потока экстремального ультрафиолета;
• изменение температуры верхних слоёв атмосферы.

Иными словами, учёные наблюдают не древний «застывший» газовый слой, а живую систему, которая постоянно меняется.

Почему вода могла сохраниться миллиарды лет

Один из главных вопросов — могла ли LHS 1140b сохранить воду.

Согласно моделям, ответ может быть положительным.

Ключевую роль играет так называемая холодная ловушка воды.

При температуре планеты водяной пар поднимается вверх, но на уровне тропопаузы сталкивается с очень холодным слоем атмосферы. Там температура может опускаться примерно до 194 кельвинов (-79 градусов Цельсия).

В этих условиях вода конденсируется и перестаёт попадать в верхние слои атмосферы.

Это важно, потому что высоко над поверхностью молекулы воды могут разрушаться под действием ультрафиолета:

H₂O → H₂ + O

Водород улетает в космос, и планета постепенно теряет воду.

У LHS 1140b этот процесс мог быть остановлен.

Модели показывают, что под защитой гелиевой атмосферы планета способна удерживать от 9 до 19% воды от общей массы.

Пока неизвестно, что находится на её поверхности:

• твёрдая каменистая поверхность;
• ледяные области;
• глобальный океан.

Однако нижние слои атмосферы теоретически могут содержать углекислый газ, водяной пар и даже кислород.

Космическая береговая линия: почему одна планета выжила, а другая нет

Новое открытие стало подтверждением идеи, которую астрономы называют «космической береговой линией».

Согласно этой концепции, существует граница, после которой каменистая планета уже не способна удерживать атмосферу из-за слишком сильного воздействия своей звезды.

Система LHS 1140 представляет собой почти идеальный природный эксперимент.

В ней есть две планеты:

LHS 1140b:

• находится дальше от звезды;
• получает умеренное количество энергии;
• сохранила атмосферу.

LHS 1140c:

• расположена значительно ближе;
• совершает оборот всего за 3,78 дня;
• получает примерно в пять раз больше радиации;
• потеряла свою атмосферу.

Таким образом, две планеты одной системы показывают два разных сценария эволюции.

Одна смогла сохранить газовую оболочку, другая превратилась в безатмосферный мир.

Шаг к поиску второй Земли

Главная ценность открытия заключается не только в самой LHS 1140b.

Астрономы получают новый инструмент для изучения далёких миров.

Если раньше исследователи в основном могли измерять размеры и массы экзопланет, то теперь появляется возможность изучать их историю:

• как долго они удерживают атмосферу;
• почему одни миры становятся безжизненными пустынями;
• какие условия позволяют сохраняться воде;
• где проходит граница между необитаемым и потенциально пригодным для жизни миром.

Будущие наблюдения космических телескопов, включая архивные данные «Джеймса Уэбба» и «Хаббла», должны помочь выяснить состав нижней атмосферы LHS 1140b.

Возможно, этот далёкий мир станет одним из первых объектов, где человечество сможет проверить: действительно ли среди миллиардов планет нашей галактики существуют места, напоминающие молодую Землю.

Пока LHS 1140b нельзя назвать второй Землёй.

Но она стала первым доказательством того, что каменистые планеты возле красных карликов способны выживать.

И это значительно расширяет список миров, где однажды могут быть найдены признаки внеземной жизни.

Ранее журналисты сайта «Пронедра» писали, что у каменистой экзопланеты в зоне обитаемости впервые подтвердили атмосферу: новый шаг в поисках внеземной жизни