|
Лавовые экзопланеты сохраняют атмосферу миллиарды лет
|
|
|
|
Исследователи из Стэнфордского университета предложили объяснение тому, почему некоторые раскаленные, покрытые лавой планеты, расположенные очень близко к своим звездам, могут сохранять атмосферу. На таком близком расстоянии интенсивное звездное излучение должно было бы лишить планету атмосферы.
|
|
|
|
Новое исследование, опубликованное в журнале The Astrophysical Journal Letters, основано на моделировании планетарных атмосфер и недр. Оно показывает, что лавовые планеты могут сохранять плотные газовые оболочки на протяжении миллиардов лет благодаря тому, что расплавленная порода плещется на их поверхности. Лава замедляет выход газов из недр планет в атмосферу, компенсируя потери атмосферы, вызванные звездным излучением.
|
|
|
|
Это открытие расширяет концепцию «космической береговой линии», которая описывает, насколько близко к своим звездам могут находиться каменистые планеты, сохраняя при этом атмосферу.
|
|
|
|
Если земная береговая линия — это граница между сушей и водой, то космическая береговая линия — это граница между планетами, у которых есть атмосфера, и планетами, у которых ее нет. Однако некоторые лавовые планеты расположены гораздо ближе к своим звездам, чем космическая береговая линия, и при этом имеют атмосферу, что ставит под сомнение эту концепцию.
|
|
|
|
|
|
|
«Эти лавовые миры указывают на то, что с границей «космического берега» что-то не так, но мы нашли способ сохранить их атмосферы, предложив новый режим за пределами этой границы», — рассказал ведущий автор исследования Бэррон Нгуен, аспирант лаборатории Лоры Шефер в Стэнфордской школе устойчивого развития им. Доерра.
|
|
|
|
Исследователи из Стэнфорда и их коллеги предложили назвать эту новую область «космической песчаной косой», по аналогии с песчаными грядами, которые образуются в земных океанах в прибрежной зоне. Планеты, расположенные между «берегом» и «космической косой», находятся достаточно близко к своей звезде, чтобы их атмосферы были разрушены, но остывают слишком быстро после формирования, чтобы успеть их восстановить. Исследователи назвали эту область «безвоздушной долиной».
|
|
|
|
«Вопрос о том, где проходит граница между безвоздушными мирами и мирами, способными поддерживать атмосферу, долгое время оставался открытым в планетологии, — говорит Шефер, старший автор исследования и доцент кафедры наук о Земле и планетах в Стэнфордской школе устойчивого развития им. Доерра.
|
|
|
|
Новая модель расширяет наше представление об этой границе и факторах, определяющих её положение для конкретных звёзд и планет».
|
|
|
|
В нашей Солнечной системе поиск внеземной жизни долгое время сводился к поиску воды. Но для изучения миров за пределами Солнечной системы нужна другая стратегия: наблюдать за атмосферами.
|
|
|
|
«Учёных интересовало, у каких планет есть атмосфера, а у каких нет, потому что это первый шаг к пониманию того, пригодны ли планеты для жизни», — говорит Нгуен.
|
|
|
|
За последнее десятилетие концепция «космической береговой линии» стала многообещающим методом выявления потенциально пригодных для жизни миров, за которыми можно наблюдать в дальнейшем. Однако в последнее время учёные начали сомневаться в её эффективности из-за таких планет, как 55 Рака e — «суперземля», масса которой почти в восемь раз превышает массу Земли, а орбита находится в 20 раз ближе к звезде, чем орбита Меркурия к Солнцу.
|
|
|
|
В 2024 году космический телескоп «Джеймс Уэбб» показал, что у 55 Рака e невероятно плотная атмосфера. За последние несколько месяцев благодаря множеству новых наблюдений был составлен растущий список подобных лавовых планет с плотными атмосферами.
|
|
|
|
Чтобы объяснить существование таких парадоксальных планет, Нгуен и его коллеги создали модель, которая имитирует обмен газами между атмосферой и поверхностью расплавленной лавы, учитывая при этом утечку газов из атмосферы в космос, а также охлаждение и последующее затвердевание лавы. Затем они включили в модель лавовые миры, удерживающие атмосферу, а также другие известные экзопланеты и планеты Солнечной системы для сравнения.
|
|
|
|
Модель показала, что атмосфера может регулироваться в основном за счёт либо утечки газа в космос, либо выделения газа из недр планеты в атмосферу, что называется дегазацией. «Космическая песчаная отмель» включает в себя горячие планеты, расположенные близко к звезде, на которых дегазация уравновешивает утечку газа.
|
|
|
|
Планеты в этом режиме, такие как 55 Рака e, как правило, представляют собой массивные суперземли с поверхностью, покрытой лавой. Планеты, расположенные чуть дальше от своих звёзд, такие как Меркурий, остывают и затвердевают быстрее, и их газы остаются под поверхностью.
|
|
|
|
Не имея возможности пополнять свою истощающуюся атмосферу, эти планеты относятся к «безвоздушной долине». Только на достаточном удалении от своих звёзд, то есть на «космической береговой линии», более мелкие и холодные планеты, такие как Венера и Земля, могут избежать потери атмосферы из-за звёздного излучения.
|
|
|
|
Исследователи из Стэнфорда с нетерпением ждут результатов будущих исследований экзопланет, которые дополнят и разовьют концепцию «космической береговой линии», дополненную концепцией «космической песчаной отмели».
|
|
|
|
«Главный вывод нашего исследования заключается в том, что концепция "космической береговой линии" не утратила своей актуальности», — сказал Нгуен. «Из-за этих лавовых миров мы были настроены довольно пессимистично, но теперь мы знаем, что существует более широкий набор параметров, при которых планета может создавать и поддерживать атмосферу».
|
|
|
|
Источник
|
