Дві планети, які спочатку були відкриті місією «Кеплер», можуть виявитися не такими, як вважалося, повідомляє Ars Technica. Виходячи з початкових даних, були припущення, що вони є кам’янистими тілами, трохи більшими за Землю. Але подальші спостереження вказують, що вони мають набагато меншу щільність, яка притаманна планетам з водою або схожою за щільністю рідиною.

У нашій Сонячній системі є подібні тіла – зокрема, супутник Юпітера Європа, який має кам’янисте ядро, оточене водяною оболонкою, вкритою льодом. Але ці нові планети знаходяться набагато ближче до своєї зірки, а це означає, що їхня поверхня, ймовірно, є розмитою межею між величезним океаном і атмосферою, наповненою парою.

Існує два основних методи пошуку екзопланет. Один з них полягає в спостереженні за провалами у світлі від зірки, викликаними планетами з орбітою, яка проходить між зіркою і Землею. Другий — відстежувати, чи світло зорі періодично зміщується до червоних або синіх довжин хвиль, спричинених рухом зорі через гравітаційне тяжіння планет, що обертаються на орбіті.

Будь-який з цих методів може сказати нам, чи існує планета на орбіті зірки, чи ні. Але наявність обох дає нам багато інформації про планету. Кількість світла, що блокується планетою, може дати нам оцінку її розміру. Кількість червоного та синього зміщення світла зірки може вказувати на масу планети. За допомогою обох цих показників ми можемо дізнатися її густину. А щільність обмежує, з яких матеріалів вона може складатися — низька щільність означає, що вона багата на газ, висока – означає, що вона кам’яниста з багатим на метали ядром.

Це саме те, що вчені змогли зробити на прикладі системі Кеплер-138. Дані обох цих методів дозволили припустити, що система містить три планети. Кеплер-138b – це невелике, розміром з Марс, скелясте тіло. Кеплер-138c і Кеплер-138d потрапили в категорію супер-Землі: кам’янисті планети, які були дещо більші за Землю і значно масивніші. Всі вони обертаються досить близько до зірки Кеплер-138a, червоного карлика, а найвіддаленіша (Кеплер-138d) – на відстані 0,15 астрономічних одиниць (а.о. – типова відстань між Землею і Сонцем).

За великим рахунком, в цій системі не було нічого незвичайного, що вимагало б додаткового вивчення. Але дослідники вважали, що вона є гарним кандидатом для визначення наявності атмосфери. У той час як планета блокує все світло під час проходження перед своєю зіркою, невелика кількість світла проходить через її атмосферу на шляху до Землі. І молекули в цій атмосфері поглинають деякі специфічні довжини хвиль, що дозволяє вченим розпізнати їхню присутність.

Для проведення цього дослідження команда дослідників отримала дані з космічних телескопів «Хаббл» та «Спітцер», коли Кеплер-138d проходив повз зірку. І ось тоді почалися дивні речі.

Три планети, зібрані в невеликій області біля червоного карлика, знаходяться досить близько, щоб впливати на орбіти одна до одної. Це створює так звані «варіації часу транзиту», що означає, що планета не з’являється перед своєю зіркою точно в той час, коли її орбіта мала б вивести її у цю точку. Наприклад, одна з планет може опинитися в такому положенні, коли її гравітаційне тяжіння сповільнить іншу, внаслідок чого її транзит почнеться трохи пізніше, ніж можна було б припустити за розрахунками.

Це також може накладати обмеження на оцінки маси планети, тому дуже важливо мати точні вимірювання варіацій часу транзиту. І, оскільки спостереження «Хаббла» і «Спітцера» були зроблені через деякий час після даних «Кеплера», це означало, що вчені могли обчислити варіації протягом семирічного періоду.

Однак, як виявилось, не могли. Якщо оцінювати масу на основі вимірювань «Кеплера», а потім намагатися використати її для прогнозування транзитів у пізніших вимірюваннях, то нічого не виходило. Фактично, все було переплутано.

Коли трипланетна модель не спрацювала, у дослідників був запасний варіант: спробувати замість неї чотирипланетну модель. І це дозволило осмислити дані. Вона також дозволила оцінити розташування і масу четвертої планети: близько половини розміру Землі, що обертається на відстані приблизно 0,2 астрономічних одиниці від зірки. Планета Кеплер-138e, схоже, не проходить транзитом перед зіркою, тому її наявність досі не підтверджена.

Однак, якщо припустити, що вона існує, то присутність Кеплер-138e має певні наслідки. Адже планета також чинить гравітаційне тяжіння на зорю, що сприяє всім червоним і синім зсувам у світлі зорі, які використовувалися для визначення маси інших планет. Таким чином, всі оцінки маси, засновані на попередніх даних, повинні були бути повністю переглянуті у світлі присутності іншої планети. І коли це було зроблено, ситуація продовжувала ставати дивною.

Дві більші планети, Кеплер-138c і Кеплер-138d, спочатку вважалися зовсім різними: обидві кам’янисті, але з металевими ядрами, які сильно відрізнялися за розміром. Однак, при переглянутих вимірах, вони виявилися по суті близнюками. І були значно менш щільними, ніж за попередніми оцінками.

Одне з припущень для цього – вони мають велику, багату на водень атмосферу. Але планети знаходяться так близько до своєї зірки, що це не є життєздатним варіантом. Випромінювання від зірки досить інтенсивне, щоб знищити атмосферу за 50 мільйонів років, а системі, за оцінками, більше мільярда років.

Альтернативою є планета, багата на так звані леткі речовини, такі як вода або аміак, які можна знайти у вигляді газів, льоду і рідин за умов, що існують у різних частинах Сонячної системи. Хоча низка потенційних хімічних речовин може пояснювати щільність планет, дослідники думають про воду, оскільки в нашій Сонячній системі є кілька багатих на воду світів, зокрема супутник Юпітера, Європа.

Зіставлення щільності двох планет дає модель, в якій трохи понад 10% маси планети складається з води. Це, однак, означає, що близько половини об’єму планети становить вода. Хоча частина її може бути включена в кам’янисте ядро, це, швидше за все, означає наявність океану, який має кілометрову глибину. І, на відміну від крижаних супутників, планета знаходиться досить близько, щоб більша частина води була рідкою, а атмосфера була б заповнена водяною парою.

Наповнені водою супутники зовнішньої Сонячної системи легко пояснити, оскільки вони сформувалися в регіоні, де вода могла існувати у вигляді льоду, і таким чином могла конденсуватися на менші тіла, які зливалися, утворюючи супутники. Але ці планети обертаються в області, де вода або рідка, або, що більш ймовірно, залишається газоподібною.

Очевидно, що, враховуючи, що дослідники не підтвердили існування четвертої планети, ще багато чого потрібно перевірити, перш ніж можна буде з упевненістю сказати, що точно вдалося знайти водні світи. Але навіть у нинішньому попередньому стані результати показують, що є ще багато потенціалу для нових знахідок в місцях, де дані, здавалося б, вказували на досить банальну колекцію планет. Враховуючи, що «Кеплер» виявив тисячі подібних екзосонячних систем, існує величезний потенціал для перегляду даних і пошуку нових сюрпризів.