С помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) астрономы обнаружили, что у раскаленной лавовой планеты, которая, как считается, состоит из алмаза, появилась вторая атмосфера — и это после того, как ее звезда разрушила свою первую атмосферу. Планета, известная как 55 Cancri e, расположена примерно в 41 световом году от Солнечной системы и имеет ширину почти в два раза больше, чем у Земли, а массу примерно в девять раз больше, чем у нашей планеты. Среди множества внесолнечных планет, или "экзопланет", которые ученые каталогизировали на протяжении многих лет, этот мир классифицируется как "суперземля". Это означает, что он массивнее Земли, но намного легче таких планет, как Нептун и Уран. Тем не менее, на этом сравнения с нашим миром заканчиваются для 55-го Рака. Эта экзопланета настолько плотная, что астрономы предположили, что она состоит в основном из углерода, который был спрессован в алмаз. Кроме того, экзопланета находится всего в 1,4 милях (2,3 километра) от своей солнцеподобной звезды 55 Рака А. Это равно 0,01544-кратному расстоянию между Землей и Солнцем. Такая близость означает, что 55 Рака e обращается вокруг своей звезды-хозяина примерно каждые 17 земных часов, а температура ее поверхности составляет около 4400 градусов по Фаренгейту (около 2400 градусов по Цельсию).
Таким образом, излучение от ее звезды лишило 55 Рака е ее первоначальной или первичной атмосферы, точно так же, как это наблюдается у других скалистых планет, которые вращаются вокруг своих звезд на таких близких расстояниях. Однако новое исследование показывает, что планету окружает толстый слой газов, что означает, что у нее "выросла" вторая атмосфера — и ученые, стоящие за открытием, думают, что знают, как это произошло. "Мы измерили тепловые выбросы, исходящие от этой скалистой планеты, и результаты измерений показывают, что на планете имеется плотная атмосфера", - сказал Ренью Ху, член команды, стоящей за этим открытием, и исследователь из Калифорнийского технологического института (Caltech). Space.com. "Эта атмосфера, вероятно, поддерживается за счет выделения газов из скалистых недр 55 e Рака, и мы считаем, что это первое измерение вторичной атмосферы на скалистой экзопланете. Это очень интересно". Звезда 55 Рака e была обнаружена в 2004 году благодаря "колебанию", которое она вызвала в движении своей звезды-хозяина, если смотреть с нашей точки зрения с Земли. Это называется методом обнаружения экзопланет с лучевой скоростью. Первоначально названная Janssen, планета была первой обнаруженной сверхземлей, вращающейся вокруг далекой звезды главной последовательности, или звезды, которая все еще преобразует водород в гелий в своем ядре.
По мере дальнейшего изучения планеты ученые также узнали о ее орбите в 0,7 земных суток и составе углерода. Затем, в 2016 году, космический телескоп "Хаббл" определил, что атмосфера 55 e Рака содержит водород и гелий, что стало первым исследованием атмосферы экзопланеты. Существуют два возможных сценария, объясняющих атмосферу 55 e Рака. Во-первых, Суперземля может представлять собой мир, покрытый лавой, на поверхности которого существует тонкая, испаряющаяся силикатная атмосфера. Она будет состоять из летучих веществ и химических соединений планеты, таких как углерод, азот, водород и сера, которые могут быть легко утрачены из-за излучения ее звезды. Или, как вариант, планета может иметь плотную вторичную атмосферу, созданную со временем в результате вулканизма. Чтобы выяснить, какой из этих сценариев был правильным, Ху и его коллеги проанализировали первые наблюдения планеты, когда она проходила за звездой 55 Рака А, - событие, называемое вторичным затмением. Данные, полученные в результате двух вторичных затмений 55-го Рака, исключают возможность того, что это был практически голый лавовый мир, лишенный существенной атмосферы.
Нет никаких сомнений в том, что планета представляет собой покрытый лавой адский ландшафт, и команда даже считает, что именно эта расплавленная природа помогла 55 Cancri e создать вторичную атмосферу. "55 e Рака находится так близко к звезде-хозяину, что получает много тепла в виде излучения. Это тепло поддерживает температуру на планете на очень высоком уровне", - сказал Ху. "При таких температурах все на планете расплавлено. Если это скала, то это расплавленная лава, которая способствует процессу дегазации, поддерживающему вторичную атмосферу из-за расплавленной поверхности". Он объяснил, что газ растворяется в глобальном океане лавы 55 Рака, постоянно "выплескиваясь" наружу, образуя вторичную атмосферу. Исследователь добавил, что первоначальная атмосфера 55 e Рака, которую она имела с момента своего образования вокруг своей звезды, состояла в основном из водорода и гелия. Однако состав вторичной атмосферы, пришедшей на смену первой, остается неопределенным.
"Состав вторичной атмосферы зависит от того, из чего состоит порода под ней", - сказал Ху. "Если порода очень редуцирующая (состоит из соединений, которые поглощают электроны и водород), она также может создавать водородно-гелиевую атмосферу, подобную первичной атмосфере. Но если горная порода больше похожа на мантию Земли, то во вторичной атмосфере будут преобладать вода, монооксид углерода и углекислый газ". Ху добавил, что, хотя первые наблюдения за 55 Рака e не позволяют однозначно сказать, из чего состоит атмосфера планеты, модели, используемые для объяснения результатов измерений, указывают на значительное количество углекислого газа и монооксида углерода. 55 e Рака - отнюдь не единственная каменистая планета, вращающаяся так близко к своей звезде-хозяину, хотя Ху отмечает, что она является одной из самых горячих в своем роде. Значит ли это, что у других раскаленных планет земной группы тоже могли быть вторичные атмосферы? Ну, команда в этом не уверена. Это связано с тем, что в 55 созвездии Рака есть что-то уникальное.
"При размерах в 1,8 раза больше Земли, это довольно большой кусок породы, который помогает удерживать летучие вещества от звездного излучения", — объяснил Ху. "Мы ожидаем, что очень маленькая каменистая планета, находящаяся на очень близкой орбите вокруг своей звезды, может потерять весь свой энергозависимый баланс, и тогда у нее не останется атмосферы". Это означает, что не только расстояние между планетой и ее звездой определяет, сохранит ли планета свою атмосферу и "вырастит" другую, но и размер этого мира. Ху отметил, что в обоих случаях 55 Cancri e, по-видимому, "оптимизирован" для замены утраченной первичной атмосферы вторичной атмосферой. Ху сказал, что анализ 55 Рака e таким образом был бы невозможен без наблюдательной мощности и инфракрасной чувствительности JWST, что делает его идеальным для определения характеристик атмосфер экзопланет. "Мы определенно думаем о следующих шагах по изучению 55 созвездия Рака. У нас есть некоторые идеи о проведении измерений теплового излучения планеты не только во время вторичных затмений, но и во время вращения планеты вокруг звезды", - сказал Ху. "Это расскажет нам о размерах атмосферы и циркуляции внутри нее".
