|
Облака формируют недра самых распространенных планет
|
|
|
|
Субнептуны — самый распространенный тип планет в нашей галактике. Эти миры, большие Земли, но меньшие Нептуна, остаются глубоко загадочными, поскольку ученые до сих пор не знают, из чего они состоят. Астрономы действительно хотят выяснить их внутренний состав. Это могут быть каменистые планеты, покрытые богатой водородом атмосферой, или же миры, богатые летучими веществами, содержащие воду или углеродсодержащие молекулы.
|
|
|
|
Одним из многообещающих элементов этой головоломки является космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), достаточно мощный для изучения атмосфер этих далеких планет. Но JWST видит только их верхние слои атмосферы. Задача состоит в том, чтобы связать видимую атмосферу с невидимым внутренним строением. Облака еще больше усложняют задачу.
|
|
|
|
Мы знаем, что если облака образуются высоко в атмосфере планеты, они могут скрывать информацию о ее химическом составе, что затрудняет понимание этих планет. Однако астрономы из Университета штата Аризона (ASU) обнаружили удивительную взаимосвязь между облаками в атмосфере и условиями в глубинах планет.
|
|
|
|
Результаты исследования были опубликованы в журнале Astrophysical Journal Letters. Исследование, проведенное под руководством научного сотрудника Сагника Мукерджи из Школы изучения Земли и космоса ASU, показывает, что облака, образующиеся в атмосферах субнептуновых планет, не просто доставляют неудобства наблюдателям. Они активно формируют физические условия в глубинах этих планет, что может коренным образом изменить интерпретацию наблюдений телескопа JWST.
|
|
|
|
|
|
|
Теплое одеяло вокруг других миров
|
|
|
|
Используя подробные компьютерные модели, Мукерджи и исследовательская группа обнаружили, что облака, состоящие из испаренных горных пород и солей, могут образовываться в глубинах атмосфер субнептуновых планет. Оказавшись там, они действуют как теплоизоляционное одеяло, удерживая тепло, стремящееся выйти из недр планеты, и повышая температуру значительно выше, чем она была бы в противном случае.
|
|
|
|
Для субнептунов, которые были смоделированы командой с учетом этих облаков, температура в более глубоких слоях атмосферы повышается более чем на 1000 °C (1800 °F), в то время как верхние, более мелкие слои охлаждаются. Это резкое изменение температуры распространяется вплоть до границы между атмосферой и ее внутренними слоями.
|
|
|
|
«Среди субнептунов, изучаемых в настоящее время с помощью телескопа JWST, мы с удивлением обнаружили, что нагрев, вызванный облаками, может повысить температуру на границе атмосферы и внутренних слоев планеты примерно на 1400–2600 градусов Цельсия», — сказал ведущий автор Сагник Мукерджи.
|
|
|
|
В частности, для двух планет, GJ 1214 b и TOI-1231 b, этого дополнительного тепла достаточно, чтобы довести температуру на границе между каменистыми слоями до точки плавления. Без облаков в модели порода на этой границе оставалась бы твердой.
|
|
|
|
«Для некоторых планет, которые мы моделировали, этого дополнительного тепла достаточно, чтобы расплавить поверхность планеты, создав магматический океан», — сказал соавтор Мэтью Никсон, научный сотрудник программы Pegasi b в Университете штата Аризона.
|
|
Магматические океаны меняют всё
|
|
|
|
Магматический океан — это не просто любопытный геологический вопрос. Подобно вулканам на Земле, обнаженный магматический океан может активно обмениваться газами между каменистым недромом планеты и её внешней атмосферой. Исследование показало, что нагрев, вызванный облаками, значительно меняет характер этого обмена.
|
|
|
|
Дополнительное тепло увеличивает выброс газов, таких как кислород, гидрид кремния и монооксид кремния, из каменистого недра в атмосферу. В то же время другие газы, включая метан, водяной пар и аммиак, преимущественно поглощаются расплавленной магмой. В результате атмосфера химически «загрязняется» событиями, происходящими глубоко под землёй, и степень этого загрязнения напрямую зависит от облачности атмосферы.
|
|
|
|
Это создаёт серьёзную проблему для интерпретации данных JWST. Химический состав атмосферы субнептуновых планет, обнаруженный телескопом, может неточно отражать истинный состав планеты в целом. Облака и магматические океаны, которые они способствуют формированию, могут искажать этот сигнал.
|
|
|
|
«Интерпретация наблюдений субнептуновых планет с помощью телескопа JWST представляет собой особенно сложную задачу из-за сложной взаимосвязи между атмосферой и внутренним строением», — сказал соавтор Луис Уэлбанкс, доцент Школы изучения Земли и космоса Университета штата Аризона. «Эта работа приближает нас на один шаг к ответу на вопрос о том, из чего состоят эти загадочные миры».
|
|
|
|
Долгое время астрономы рассматривали облака в основном как препятствие. Они размывают и приглушают спектральные сигналы, раскрывающие состав далёких экзопланет, что затрудняет чтение наблюдений.
|
|
|
|
Помимо подавления сигналов, облака влияют на процессы нагрева и охлаждения, изменяя внутреннюю структуру субнептуновых планет и влияя на то, как эти планеты сжимаются и охлаждаются в течение миллионов и миллиардов лет, воздействуя на их нынешние размеры и внутреннюю температуру.
|
|
|
|
Субнептуновые планеты вызывают значительный интерес как потенциальные кандидаты на обитаемость при благоприятных условиях. Оценка этого потенциала требует чёткого представления об их поверхностях и внутренней структуре. Поскольку их атмосферы определяют то, что астрономы могут заключить об этих более глубоких свойствах, данное исследование подчёркивает, насколько важно понимание роли облаков субнептуновых планет для понимания самих планет.
|
|
|
|
Источник
|
