Виявлено атмосферу на найхолоднішому з відомих на сьогодні лавових світах

За допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба виявлено кам’янисту «суперземлю», яка, попри розплавлену поверхню, має ознаки наявності атмосфери. Вивчення таких планет відкриває вікно в найдавнішу історію Землі та вказує шлях до придатних для життя світів.

Про це розповідають у Чиказькому університеті, передають OstanniPodii.com.

У пошуках позаземного життя доцільно спочатку звертати увагу на кам’янисті планети з атмосферою, подібні до Землі. Без атмосфери планета не може мати поверхневої води. Однак із понад 6 300 екзопланет, каталогізованих на сьогодні, переважна більшість не кам’янисті, і лише кілька кам’янистих світів можливо мають атмосферу.

У дослідженні, опублікованому в журналі «The Astrophysical Journal Letters», повідомляється про ще одну таку планету: кам’янисту «суперземлю», що знаходиться на відстані 154 світлових років від нас у сузір’ї Риб. Ця дуже гаряча «лавова планета», названа HD 3167 b, обертається навколо своєї зорі всього за один земний день.

«Найдивніше те, що чим ближче кам’яниста планета обертається навколо своєї зорі, тим складніше їй, здавалося б, утримати атмосферу, адже вона піддається бомбардуванню зоряним вітром та отримує більше високоенергетичних фотонів від зорі. Але, як виявляється, багато з цих лавових світів все ж мають атмосферу», — пояснив Едвін Кайт, доцент кафедри геофізичних наук Чиказького університету та співавтор дослідження. «Ці планети занадто гарячі для життя, але, вивчаючи їх, ми можемо зробити висновки про процеси, що мають значення для інших кам’янистих світів».

У наведених нижче питаннях-відповідях, аспірант з групи Кайта та перший автор дослідження Брендон Парк Кой розповідає, чому атмосфери на так званих «лавових світах» мають значення, як вони виявили цю екзопланету та які наступні кроки планують зробити.

Якою була мета дослідження, в ході якого було виявлено цю екзопланету з атмосферою?

Одне з ключових питань, на яке намагаються відповісти за допомогою космічного телескопа «Джеймс Вебб», — чи мають атмосферу планети, що обертаються навколо зірок, значно менших за Сонце. Схоже, що більшість таких планет земного типу її не мають — це просто голий камінь.

Але, на диво, ми знайшли докази того, що більшість «лавових світів» — схожих за складом на Землю та Венеру, але набагато-набагато гарячіших — можуть мати атмосферу. П’ять планет земного типу з атмосферами, включаючи ту, що описана в цьому дослідженні, виявилися надзвичайно гарячими.

Однак ця планета є найхолоднішим лавовим світом з ознаками наявності атмосфери, виявленим на сьогодні. Це цікаво, оскільки ми намагаємося зрозуміти перехід температур між планетами з атмосферами та без них.

Цей результат є першим у рамках програми, в рамках якої досліджуються 10 надзвичайно гарячих лавових світів. Мета — з’ясувати, чи існує критична температура, вище якої починають з’являтися планети з атмосферами.

Як можна визначити, чи має екзопланета атмосферу?

Наразі безпосереднє спостереження за планетами, схожими на Землю, з метою пошуку ознак життя є недосяжним. Натомість вчені можуть використовувати «Вебб» для виявлення світла в середньому інфрачервоному діапазоні для оцінки температури екзопланет, що може підказати, чи можуть вони мати атмосферу.

Існує два основні способи виявлення екзопланет. Один з них називається транзитним — це коли планета проходить перед своєю зорею. Інший — вторинне затемнення, саме цей метод використовували в цьому дослідженні: планета проходить за своєю зорею, і вчені можуть виміряти, скільки світла втрачається. Ця різниця вказує, скільки середньо-інфрачервоного світла надходить від самої планети, що, по суті, дозволяє визначити, наскільки гарячою є планета.

Якщо планета не має атмосфери, її денна сторона, звернена до зорі, має бути настільки гарячою, наскільки це теоретично можливо, виходячи з відбивної здатності її поверхні та відстані до зорі. Але атмосфера сприяла б перерозподілу тепла з денної сторони на нічну. Ми спостерігаємо це на Венері — там майже немає різниці в температурі поверхні між денною та нічною сторонами, а також між полюсами та екватором. Якщо планета має атмосферу, на ній також можуть бути хмари, які відбивають світло зорі та охолоджують денну сторону. Отже, якщо денна сторона планети прохолодніша за максимально можливу температуру, вона, ймовірно, має атмосферу.

Об’єкт цього дослідження, HD 3167 b, помітно прохолодніший за очікуване максимальне значення, що є переконливим доказом наявності атмосфери.

Як ви думаєте, з чого складається атмосфера HD 3167 b?

Ці «лавові світи» отримали таку назву, оскільки поверхня, звернена до їхньої зорі, ймовірно, складається з розплавленої породи. Ми вважаємо, що HD 3167 b може мати склад, багатий на силікати, з подібною сумішшю мінералів, що утворюють мантію Землі. До цього дослідження ми очікували, що будь-яка атмосфера на цих надгарячих планетах складатиметься з випареної породи, але ми починаємо бачити докази того, що в атмосферах деяких з них можуть бути присутні важчі гази, такі як вуглекислий газ, оксид вуглецю або вода.

Склад атмосфери HD 3167 b досі залишається невідомим. Це одна з причин, чому ми так зацікавлені в отриманні нових даних спостережень.

Чому цей результат важливий?

Оскільки чотири інші «лавові світи», у яких виявлено атмосфери, перебувають у надгарячому режимі, це порушує питання про те, чи існує критична температура переходу, за якої силікатні атмосфери починають ставати дуже щільними. Чи існує температура, за якої на цих планетах утворюються шари силікатних хмар, що можуть відбивати вхідне випромінювання у космос та охолоджувати їхню денну сторону? Ця відносно прохолодніша планета допомагає нам краще схарактеризувати та визначити цей перехід.

Попри те, наскільки вони непридатні для життя, нас також цікавить вивчення таких планет, оскільки ми вважаємо, що рання Земля, можливо, дуже нагадувала лавовий світ. Ми вважаємо, що на самому початку історії Сонячної системи, коли формувалися земні планети, вони були надзвичайно гарячими через енергію, що вивільнялася під час зіткнень планетезималей. Земля перебувала у так званій стадії «магматичного океану» з повністю рідкою поверхнею. Цей результат дає нам можливість дослідити, якими могли бути умови на Землі протягом перших кількох мільйонів років її існування.