Планета-лава имеет богатую водородом, активную атмосферу

Это 2158 год, и вы упорно работаете над своей диссертацией по планетарной вулканологии в Университете Утопия Планития на Марсе. Аспиранты по-прежнему получают зарплату ниже прожиточного минимума, поэтому вы уже три года питаетесь замороженной лапшой. Вы завершили изучение луны Юпитера, Ио, но теперь вам нужно покинуть солнечную систему в поисках хорошего аналога экзопланеты. В то время как вулканизм Ио вызван приливным нагревом, вам нужна экзопланета, вулканизм которой вызван экстремальным теплом от ее звезды-хозяина. Вы недавно получили финансирование от Института исследований экзопланет на создание корабля, способного двигаться быстрее света (FTL), но экзопланета должна находиться на расстоянии менее 50 световых лет.

Вернувшись в настоящее время, ученые использовали космический телескоп Джеймса Уэбба от NASA для наблюдения за 55 Cancri e (55 Cnc e), которая обозначена как суперземля с радиусом и массой примерно 1.88 и 8 Земель соответственно. Она расположена примерно в 41 световом году от нас и находится в приливном захвате с солнеподобной звездой, завершив один оборот примерно за 0.7 дня. Именно эта чрезвычайно близкая орбита, как предполагают исследователи, вызывает плавление поверхности экзопланеты. Для сравнения, Меркурий обходит наше Солнце за 88 дней. Их результаты были недавно поданы на публикацию в журнал Nature Astronomy и могут помочь ученым лучше понять формирование и эволюцию лавовых экзопланет.

Используя JWST, исследователи наблюдали пять затмений 55 Cnc e и сравнили их с устоявшимися моделями формирования и эволюции экзопланет. Эти модели предполагают, что лавовые планеты имеют высокие концентрации угарного газа (CO) и углекислого газа (CO2). В конечном итоге исследователи пришли к выводу, что атмосфера 55 Cnc e, вероятно, состоит из большого количества CO и небольшого количества CO2, а также содержит значительное количество водорода. Кроме того, исследователи отметили, что смешанные данные среди пяти затмений могут указывать на выброс газов или образование облаков из-за выбросов. Они отмечают, как облака могут временно охлаждать поверхность, пока выбросы не оттолкнут облака.

В исследовании отмечается: "Поскольку вторичные атмосферы каменных планет определяются составом их внутренней части и последующими выбросами, состав их атмосфер напрямую связан с их внутренними редокс-состояниями. Предпочтение моделей, богатых водородом, вместе с резкими инверсиями, которые они производят, поэтому предполагает внутреннюю часть с относительно низкой фугацией кислорода, что согласуется с выбросами из редуцированного магматического океана."

Для контекста, редокс-состояние планеты — это химический баланс между кислородом и водородом/железом внутри ее внутренней части. В контексте 55 Cnc e водород значительно преобладает по сравнению с кислородом, что приводит к богатой водородом атмосфере экзопланеты.

Иллюстрация художника лавовой экзопланеты CoRoT-7 b. (Кредит: ESO/L. Calçada)

Лавовые экзопланеты стали объектом внимания в последние годы, так как несколько из них были открыты за последнее десятилетие, и 55 Cnc e была открыта в 2004 году. Эти экзопланеты включают K2-141 b, L 98-59 d, TOI-561 b, HD 63433 d и CoRoT-7 b, которые имеют орбитальные периоды примерно 6.7 часов, 7.5 дней, 10.5 часов, 4.2 дня и 20.4 часа соответственно. Как и 55 Cnc e, все эти экзопланеты находятся в приливном захвате со своими звездами-хозяевами и испытывают экстремальные температуры. В то время как на 55 Cnc e лава находится на стороне, обращенной к солнцу, экзопланеты, такие как L 98-59 d, имеют всю свою поверхность, покрытую магматическим океаном, как луна Юпитера Ио.

Как отмечено в вымышленной истории выше, вулканизм на луне Юпитера Ио вызван приливным нагревом, который происходит из-за того, что маленькая луна растягивается и сжимается под воздействием огромной гравитации Юпитера. В отличие от этого, все лавовые экзопланеты, перечисленные выше, включая 55 Cnc e, являются результатом экстремальных температур, которые они испытывают, находясь на чрезвычайно близких расстояниях от своих звезд-хозяев. В то время как на Ио вулканизм наблюдается по всей поверхности, некоторые лавовые экзопланеты имеют свои лавовые поверхности на стороне, обращенной к солнцу, из-за того, что они находятся в приливном захвате.

Какие новые открытия о 55 Cnc e и других лавовых экзопланетах сделают исследователи в ближайшие годы и десятилетия? Время покажет, и именно поэтому мы занимаемся наукой!

Как всегда, продолжайте заниматься наукой и смотрите вверх!