Обнаружена атмосфера на самом холодном из известных на сегодняшний день лавовых миров

С помощью космического телескопа Джеймса Уэбба обнаружена каменная «суперземля», которая, несмотря на расплавленную поверхность, показывает признаки наличия атмосферы. Изучение таких планет открывает окно в древнейшую историю Земли и указывает путь к пригодным для жизни мирам.

Об этом рассказывают в Чикагском университете, передают OstanniPodii.com.

В поисках внеземной жизни целесообразно сначала обращать внимание на каменные планеты с атмосферой, подобные Земле. Без атмосферы планета не может иметь поверхностной воды. Однако из более чем 6 300 экзопланет, каталогизированных на сегодняшний день, подавляющее большинство не являются каменными, и лишь несколько каменных миров, возможно, имеют атмосферу.

В исследовании, опубликованном в журнале «The Astrophysical Journal Letters», сообщается об ещё одной такой планете: каменной «суперземле», находящейся на расстоянии 154 световых лет от нас в созвездии Рыб. Эта очень горячая «лавовая планета», названная HD 3167 b, вращается вокруг своей звезды всего за один земной день.

«Самое удивительное в том, что чем ближе каменистая планета вращается вокруг своей звезды, тем сложнее ей, казалось бы, удержать атмосферу, ведь она подвергается бомбардировке звездным ветром и получает больше высокоэнергетических фотонов от звезды. Но, как оказывается, многие из этих лавовых миров всё же обладают атмосферой», — пояснил Эдвин Кайт, доцент кафедры геофизических наук Чикагского университета и соавтор исследования. «Эти планеты слишком горячие для жизни, но, изучая их, мы можем сделать выводы о процессах, имеющих значение для других каменистых миров».

В приведенных ниже вопросах и ответах аспирант из группы Кайта и первый автор исследования Брендон Парк Кой рассказывает, почему атмосферы на так называемых «лавовых мирах» имеют значение, как они обнаружили эту экзопланету и какие следующие шаги планируют предпринять.

Какова была цель исследования, в ходе которого была обнаружена эта экзопланета с атмосферой?

Один из ключевых вопросов, на который пытаются ответить с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб», — есть ли атмосфера у планет, вращающихся вокруг звёзд, значительно меньших по размеру, чем Солнце. Похоже, что большинство таких планет земного типа её не имеют — это просто голый камень.

Но, как ни удивительно, мы нашли доказательства того, что большинство «лавовых миров» — похожих по составу на Землю и Венеру, но гораздо-гораздо более горячих — могут иметь атмосферу. Пять планет земного типа с атмосферами, включая ту, что описана в этом исследовании, оказались чрезвычайно горячими.

Однако эта планета является самым холодным лавовым миром с признаками наличия атмосферы, обнаруженным на сегодняшний день. Это интересно, поскольку мы пытаемся понять переход температур между планетами с атмосферами и без них.

Этот результат является первым в рамках программы, в рамках которой исследуются 10 чрезвычайно горячих лавовых миров. Цель — выяснить, существует ли критическая температура, выше которой начинают появляться планеты с атмосферами.

Как можно определить, есть ли у экзопланеты атмосфера?

На данный момент непосредственное наблюдение за планетами, похожими на Землю, с целью поиска признаков жизни недостижимо. Вместо этого учёные могут использовать «Уэбб» для обнаружения света в среднем инфракрасном диапазоне с целью оценки температуры экзопланет, что может подсказать, могут ли они иметь атмосферу.

Существует два основных способа обнаружения экзопланет. Один из них называется транзитным — это когда планета проходит перед своей звездой. Другой — вторичное затмение, именно этот метод использовали в данном исследовании: планета проходит за своей звездой, и ученые могут измерить, сколько света теряется. Эта разница указывает, сколько среднеинфракрасного света поступает от самой планеты, что, по сути, позволяет определить, насколько горячей является планета.

Если у планеты нет атмосферы, её дневная сторона, обращённая к звёзде, должна быть настолько горячей, насколько это теоретически возможно, исходя из отражательной способности её поверхности и расстояния до звёзды. Но атмосфера способствовала бы перераспределению тепла с дневной стороны на ночную. Мы наблюдаем это на Венере — там почти нет разницы в температуре поверхности между дневной и ночной сторонами, а также между полюсами и экватором. Если у планеты есть атмосфера, на ней также могут быть облака, которые отражают свет звезды и охлаждают дневную сторону. Следовательно, если дневная сторона планеты прохладнее максимально возможной температуры, она, вероятно, имеет атмосферу.

Объект данного исследования, HD 3167 b, заметно прохладнее ожидаемого максимального значения, что является убедительным доказательством наличия атмосферы.

Как вы думаете, из чего состоит атмосфера HD 3167 b?

Эти «лавовые миры» получили такое название, поскольку поверхность, обращенная к их звезде, вероятно, состоит из расплавленной породы. Мы полагаем, что HD 3167 b может иметь состав, богатый силикатами, с подобной смесью минералов, образующих мантию Земли. До этого исследования мы предполагали, что любая атмосфера на этих сверхгорячих планетах будет состоять из испаренной породы, но мы начинаем видеть доказательства того, что в атмосферах некоторых из них могут присутствовать более тяжёлые газы, такие как углекислый газ, оксид углерода или вода.

Состав атмосферы HD 3167 b до сих пор остаётся неизвестным. Это одна из причин, почему мы так заинтересованы в получении новых данных наблюдений.

Почему этот результат важен?

Поскольку четыре других «лавовых мира», в которых обнаружены атмосферы, находятся в сверхгорячем состоянии, это поднимает вопрос о том, существует ли критическая температура перехода, при которой силикатные атмосферы начинают становиться очень плотными. Существует ли температура, при которой на этих планетах образуются слои силикатных облаков, способных отражать входящее излучение в космос и охлаждать их дневную сторону? Эта относительно более прохладная планета помогает нам лучше охарактеризовать и определить этот переход.

Несмотря на то, насколько они непригодны для жизни, нас также интересует изучение таких планет, поскольку мы полагаем, что ранняя Земля, возможно, очень напоминала лавовый мир. Мы полагаем, что в самом начале истории Солнечной системы, когда формировались земные планеты, они были чрезвычайно горячими из-за энергии, высвобождавшейся при столкновениях планетезималей. Земля находилась в так называемой стадии «магматического океана» с полностью жидкой поверхностью. Этот результат дает нам возможность исследовать, какими могли быть условия на Земле в течение первых нескольких миллионов лет её существования.

• телескоп Уэбба
• Экзопланеты