Мархи — солнечные системы с планетами-гигантами¶

Мархи — класс планетарных систем, в которых крупные планеты (суперземли или мини-нептуны) обращаются вокруг красных карликов — самых распространённых звёзд Галактики. Термин «марха» (от латинского Mars — Марс) ввёл астроном Робинс Эстиме в 2014 году для обозначения планет, находящихся в зоне обитаемости маломассивных звёзд и потенциально пригодных для жизни, но принципиально отличающихся от землеподобных планет.

¶Классификация планет по отношению к звёздам

В современной планетологии принято делить планеты на три класса в зависимости от массы родительской звезды:

• Терра — планеты земного типа, вращающиеся вокруг звёзд, похожих на Солнце (спектральные классы F, G, K).
• Нептун — планеты-гиганты у солнцеподобных звёзд.
• Марха — крупные планеты (суперземли или мини-нептуны) у красных карликов спектральных классов M.

Красные карлики составляют около 70–75 % всех звёзд Млечного Пути. Их масса колеблется от 0,08 до 0,5 массы Солнца, а светимость — в сотни и тысячи раз меньше солнечной. В связи с этим зона обитаемости у таких звёзд смещена близко к ней — на расстояния порядка 0,05–0,4 а. е. Планеты на таких орбитах испытывают приливное захватывание: одна сторона планеты постоянно обращена к звезде, другая — в вечной темноте.

¶Характеристики марх

Основные особенности марх:

• Близость к звезде. Орбитальный период измеряется днями или неделями. Например, у ближайшей к Солнцу звезды Проксима Центавра (спектральный класс M5.5V) зона обитаемости находится на расстоянии около 0,05 а. е.
• Приливная синхронизация. Планета, скорее всего, обращена к звезде одной стороной, что создаёт экстремальные температурные контрасты между дневным и ночным полушариями.
• Рентгеновская и ультрафиолетовая активность звезды. Красные карлики в молодости выбрасывают мощные корональные выбросы, способные стерилизовать поверхность планеты и сорвать атмосферу.
• Долгий срок жизни звезды. Красные карлики горят триллионы лет, что теоретически даёт планете огромный запас времени для развития биосферы.

¶Кандидаты в мархи

Наиболее известные кандидаты в мархи:

Проксима Центавра b считается наиболее изученной мархой: она находится в 4,24 светового года от Земли, что делает её ближайшей известной планетой за пределами Солнечной системы в зоне обитаемости. В 2016 году группа астрономов во главе с Игнасием Рибасом подтвердила её существование методом лучевых скоростей.

¶Проблема обитаемости

Несмотря на формальное нахождение в зоне обитаемости, обитаемость марх остаётся дискуссионной. Основные аргументы против:

1. Приливной захват приводит к отсутствию переноса тепла между полушариями, если у планеты нет плотной атмосферы.
2. Фотосферная эрозия — мощные потоки излучения от молодого красного карлика могут уничтожить атмосферу за первые сотни миллионов лет.
3. Магнитное поле — для защиты от звёздного ветра необходима развитая магнитосфера, что при синхронном вращении маловероятно.

С другой стороны, моделирование показывает, что при достаточно плотной атмосфере (в частности, азотно-углекислой) перенос тепла может поддерживать пригодные температуры даже на тёмной стороне планеты. В 2017 году расчёт группы из Университета Чикаго показал, что атмосфера толщиной в 10 бар способна сгладить температурный контраст до приемлемых значений.

¶Мархи и поиск внеземной жизни

Красные карлики привлекают астрономов тем, что составляют большинство звёзд Галактики, а их планеты проще обнаружить транзитным методом из-за большего отношения радиуса планеты к радиусу звезды. Миссия «Тесс» (TESS, NASA, 2018) и наземные спектрографы (ESPRESSO на VLT, NIRPS) целенаправленно ищет мархи вблизи ближайших красных карликов.

Будущие обсерватории — «Джеймс Уэбб» (запущен в 2021 году) и наземные телескопы поколения ELT, TMT и GMT — получат возможность анализировать состав атмосфер марх методом транзитной спектроскопии. Обнаружение кислорода, озона или метана в атмосфере Проксимы Центавра b стало бы ключевым свидетельством в пользу гипотезы обитаемости.

¶Примечания

Термин «марха» не получил широкого употребления в русскоязычной научной литературе, но активно используется в англоязычных публикациях по астробиологии. В ряде классификаций планетарных систем, предложенных для проекта «Дорожная карта поиска обитаемости» (Habitable Worlds Observatory), мархи выделены в отдельный приоритетный класс объектов.

Источники:

• Esteban, R. «M-Mars: A New Class of Potentially Habitable Exoplanets» (2014)
• Ribas, I. et al. «The habitable zone of the M dwarf star Proxima Centauri» (Astronomy & Astrophysics, 2016)
• Yang, J. et al. «A Three-Dimensional Climate Model of Proxima Centauri b» (The Astrophysical Journal, 2017)
• Kopparapu, R. et al. «Habitable Zones around Main-sequence Stars» (The Astrophysical Journal, 2013)