|
Кремниевая головоломка Юпитера и Сатурна
|
|
|
|
Почему кремний, один из самых распространенных элементов во Вселенной, практически не обнаруживается в атмосферах Юпитера, Сатурна и подобных им газовых планет, вращающихся вокруг других звезд? Новое исследование, основанное на наблюдениях с космического телескопа НАСА имени Джеймса Уэбба, проливает свет на этот вопрос, фокусируясь на необычном объекте, который астрономы случайно обнаружили в 2020 году и назвали "Аварией". Результаты опубликованы в журнале Nature.
|
|
|
|
Причиной аварии стал коричневый карлик, газовый шар, который не совсем планета и не совсем звезда. Даже среди своих и без того трудно поддающихся классификации аналогов, авария обладает удивительным сочетанием физических особенностей, некоторые из которых ранее наблюдались только у молодых коричневых карликов, а другие - только у древних.
|
|
|
|
Из-за этих особенностей он ускользал от обычных методов обнаружения, прежде чем был обнаружен пять лет назад гражданским ученым, участвовавшим в проекте "Миры на задворках: Планета 9". Программа позволяет людям по всему миру искать новые открытия в данных, полученных с помощью вышедшего на пенсию NEOWISE (Near-Earth Object Wide-field Infrared Survey Explorer), который управлялся Лабораторией реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии.
|
|
|
|
Вспышка была настолько слабой и необычной, что исследователям понадобилась самая мощная космическая обсерватория НАСА Webb для изучения атмосферы. Среди нескольких неожиданностей они обнаружили следы молекулы, которую изначально не смогли идентифицировать. Это оказалась простая молекула кремния, называемая силан (SiH4).
|
|
|
|
|
|
|
Исследователи давно ожидали, но так и не смогли обнаружить силан не только в газовых гигантах нашей Солнечной системы, но и в тысячах атмосфер, принадлежащих коричневым карликам и газовым гигантам, вращающимся вокруг других звезд. Авария стала первым подобным объектом, где была идентифицирована эта молекула.
|
|
|
|
Ученые практически уверены, что кремний присутствует в атмосферах Юпитера и Сатурна, но он скрыт. Связанный с кислородом, кремний образует оксиды, такие как кварц, которые могут образовывать облака на горячих газовых гигантах, напоминающие пыльные бури на Земле. На более холодных газовых гигантах, таких как Юпитер и Сатурн, эти типы облаков будут скрываться далеко под более легкими слоями водяного пара и аммиачных облаков, пока любые кремнийсодержащие молекулы не окажутся глубоко в атмосфере, невидимые даже для космических аппаратов, которые изучали эти две планеты вблизи.
|
|
|
|
Некоторые исследователи также предположили, что более легкие молекулы кремния, такие как силан, должны находиться выше в этих слоях атмосферы, оставляя после себя следы, подобные следам муки на столе пекаря. Тот факт, что такие молекулы не появлялись нигде, кроме как в одном необычном коричневом карлике, наводит на мысль о химическом составе, происходящем в этих средах.
|
|
|
|
"Иногда именно экстремальные объекты помогают нам понять, что происходит с обычными", - сказал Фахерти, научный сотрудник Американского музея естественной истории в Нью-Йорке и ведущий автор нового исследования.
|
|
|
|
Счастливый случай
|
|
|
|
Расположенный примерно в 50 световых годах от Земли, он, вероятно, образовался 10-12 миллиардов лет назад, что делает его одним из старейших коричневых карликов, когда-либо обнаруженных. Возраст Вселенной составляет около 14 миллиардов лет, и в то время, когда произошла авария, космос состоял в основном из водорода и гелия, а также незначительных количеств других элементов, включая кремний. На протяжении тысячелетий такие элементы, как углерод, азот и кислород, формировались в ядрах звезд, поэтому планеты и звезды, образовавшиеся совсем недавно, содержат больше этих элементов.
|
|
|
|
Наблюдения Уэбба за аварией подтверждают, что силан может образовываться в атмосферах коричневых карликов и планет. Тот факт, что силан, по-видимому, отсутствует на других коричневых карликах и планетах-газовых гигантах, говорит о том, что при наличии кислорода он связывается с кремнием с такой высокой скоростью и так легко, что практически не остается кремния для связи с водородом и образования силана.
|
|
|
|
Так почему же в результате аварии пострадал силан? Авторы исследования предполагают, что это связано с тем, что во время образования древнего коричневого карлика во Вселенной было гораздо меньше кислорода, что привело к тому, что в его атмосфере стало меньше кислорода, поглощающего весь кремний. Вместо этого доступный кремний связался бы с водородом, в результате чего образовался бы силан.
|
|
|
|
"Мы не стремились разгадать тайну Юпитера и Сатурна с помощью этих наблюдений", - сказал Питер Эйзенхардт из JPL, научный сотрудник проекта WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer), который позже был переименован в NEOWISE. "Коричневый карлик - это шар из газа, похожий на звезду, но без внутреннего термоядерного реактора он становится все холоднее и холоднее, а атмосфера напоминает атмосферу газовых гигантов. Мы хотели понять, почему этот коричневый карлик такой странный, но не ожидали увидеть силан. Вселенная продолжает удивлять нас".
|
|
|
|
Коричневые карлики часто легче поддаются изучению, чем экзопланеты газовых гигантов, потому что свет от далекой планеты обычно заглушается звездой, вокруг которой она вращается, в то время как коричневые карлики обычно летают в одиночку. И уроки, извлеченные из этих объектов, распространяются на все виды планет, в том числе и за пределами нашей Солнечной системы, которые могут иметь потенциальные признаки обитаемости.
|
|
|
|
"Чтобы внести ясность, мы не находим жизни на коричневых карликах", - сказал Фахерти. "Но на высоком уровне, изучая все это разнообразие и сложность атмосфер планет, мы готовим ученых, которым однажды придется проводить подобный химический анализ скалистых планет, потенциально похожих на Землю. Возможно, это не связано конкретно с кремнием, но они получат сложные и запутанные данные, которые не соответствуют их моделям, как и мы. Им придется разобраться со всеми этими сложностями, если они хотят ответить на эти важные вопросы".
|
|
|
|
Источник
|
