В новом выпуске программы Event Horizon астрофизик из Кембриджского университета Никку Мадхусудхан раскрывает подробности исследования экзопланеты K2-18b, которая стала первым миром в обитаемой зоне, где с помощью телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) были обнаружены углеродсодержащие молекулы. Открытие не только подтвердило уникальность этого небесного тела, но и укрепило гипотезу о существовании целого класса «гикеанских» (Hycean) миров — планет-океанов с водородной атмосферой, способных поддерживать жизнь.
🌌 Прорыв JWST: решение «проблемы недостающего метана» 1:04
Долгое время изучение атмосфер экзопланет сталкивалось с техническими ограничениями предшественника JWST — телескопа «Хаббл» (HST). Никку Мадхусудхан подчеркивает, что на протяжении десятилетия ученые не могли достоверно обнаружить метан на планетах с умеренным климатом, что в научном сообществе называли «проблемой недостающего метана» .
Всего за два сеанса наблюдений с помощью JWST команда под руководством Мадхусудхана обнаружила:
- Метан (CH₄): Подтвержден с точностью в 5 сигм (уверенность более 99,9999%) .
- Углекислый газ (CO₂): Обнаружен с уверенностью в 3 сигма .
По словам профессора, ключевым фактором успеха стал широкий спектральный диапазон «Уэбба» (от 1 до 5 микрон против 1–1,8 микрон у «Хаббла»). Это позволило «разбить дегенерацию» — исключить ситуации, когда спектральные линии разных веществ (например, воды и метана) накладываются друг на друга и сбивают исследователей с толку . Ранее приписываемые воде сигналы в данных «Хаббла» фактически оказались метаном .
🌊 Гикеанские миры: океаны под водородным небом 3:05
Экзопланета K2-18b относится к классу субнептунов. Она примерно в 8,6 раза массивнее Земли . Сочетание обнаруженных газов позволило Никку Мадхусудхану и его коллегам сделать вывод о структуре планеты:
- Отсутствие аммиака (NH₃): В водородной атмосфере гигантских планет, таких как Юпитер, аммиак должен присутствовать в больших количествах . Его отсутствие на K2-18b является «дымящимся пистолетом» (прямым доказательством).
- Наличие океана: Согласно теоретическим моделям, аммиак исчезает из атмосферы, только если он растворяется в жидком водном слое . Таким образом, химический состав указывает на наличие глобального океана под тонкой водородной оболочкой.
Термин «гикеанский мир» (Hycean = Hydrogen + Ocean) был предложен командой Мадхусудхана еще до получения данных с JWST . Ученый описывает такие планеты как водные миры с ледяной мантией, поверх которой находится жидкий океан глубиной до 100 километров (на Земле максимум — около 10–11 км) .
⚖️ Проблема обитаемости и питательных веществ
В отличие от Земли, гикеанские миры могут не иметь связи между океаном и каменистыми породами (из-за толстого слоя льда высокого давления на дне). Однако Мадхусудхан утверждает, что это не обязательно исключает жизнь:
- Питательные вещества (углерод, азот, сера, фосфор) могли быть занесены астероидами на ранних этапах формирования .
- Другой путь — осаждение силикатных и железистых конденсатов из атмосферы .
🧪 Диметилсульфид: слабый намек на биологию 37:18
Самым интригующим, но спорным моментом исследования стало упоминание диметилсульфида (DMS). На Земле это вещество производится исключительно живыми организмами (в основном морским фитопланктоном) .
Мадхусудхан призывает к осторожности:
- Сигнал DMS находится на уровне чуть выше 2 сигма . Это недостаточно для официального заявления об открытии, но является «интересным намеком».
- Команда пыталась «удалить» этот сигнал из данных, добавляя различные неопределенности в калибровку инструментов, и при определенных допущениях сигнал действительно исчезал .
- Ученый подчеркивает: если присутствие DMS подтвердится (новые наблюдения запланированы на следующий год), это станет либо доказательством биологической активности, либо откроет совершенно новую, неизвестную ранее абиотическую химию .
☀️ Красные карлики и «темные» гикеаны 15:20
K2-18b вращается вокруг холодного красного карлика. По мнению профессора, такие звезды переменчивы, и их вспышки могут угрожать жизни, однако в случае приливного захвата планеты (когда она всегда повернута одной стороной к звезде) жизнь может сохраниться на ночной стороне .
Мадхусудхан выделяет три подтипа гикеанских миров:
- Стандартные: Обитаемы по всей поверхности.
- Темные гикеаны (Dark Hyceans): Приливно захваченные планеты, где жизнь возможна только на вечно темной стороне из-за перегрева дневной стороны .
- Холодные гикеаны (Cold Hyceans): Свободно плавающие планеты (планеты-сироты) без родительской звезды. Мадхусудхан полагает, что водород является настолько мощным парниковым газом, что внутреннего тепла планеты и водородной «шубы» может хватить для поддержания жидкого океана даже в межзвездном пространстве .
🔭 Будущее поисков: 14 триллионов долларов не нужны 33:46
Ведущий в шутку предложил профессору бюджет в 14 триллионов долларов на строительство идеального телескопа, но Мадхусудхан ответил, что современная наука может обойтись гораздо меньшими средствами .
Для совершения прорыва в поиске биомаркеров, по мнению гостя, достаточно:
- Выделить JWST значительное время (2–3 года) специально для изучения гикеанских миров.
- Сфокусироваться на переписи 15–20 наиболее перспективных кандидатов (около дюжины уже известны) .
Профессор считает, что гикеанские миры гораздо легче наблюдать, чем «двойники Земли» (каменистые планеты у солнцеподобных звезд), из-за их большего размера и расширенных водородных атмосфер, которые дают более сильный сигнал при транзите .
