|
Океаны магмы могут пожирать атмосферу экзопланет
|
|
|
|
Астрономы давно ломают голову над тем, почему во Вселенной так мало планет-гигантов. Теперь исследователи из США выдвинули поистине драматичную версию. По их расчётам, рост экзопланеты прекращается, когда океаны магмы на поверхности начинают поглощать атмосферу. Подробности изложены в научной статье, опубликованной в издании Astrophysical Journal Letters.
|
|
|
|
На сегодняшний день человечеству известно более 4100 планет у других звёзд. И большинство из них в два–три раза больше Земли по радиусу. Для сравнения: в Солнечной системе следующим по размеру объектом после Земли является Нептун, и его диаметр больше земного почти вчетверо. Поперечник Юпитера больше земного в 11 раз. Разумеется, вполне возможно, что большая часть экзопланет размером с Землю или Марс ещё не обнаружена. Найти такие маленькие небесные тела – задача не из лёгких даже для лучших современных телескопов. Но почему зафиксировано так мало планет-гигантов, наблюдать которые гораздо легче?
|
|
|
Отметим, что подобные исполины, как считается, не образуются поблизости от звезды. Они формируются в более отдалённых и прохладных областях системы, а значит, имеют большие периоды обращения вокруг светила. Например, у Юпитера это почти 12 земных лет. Инопланетянам потребовалось бы наблюдать Солнце почти 36 лет, чтобы зафиксировать три оборота колосса вокруг светила (тот минимум, который обычно требуется земным астрономам, чтобы хотя бы начать проверять гипотезу о существовании экзопланеты). И это не говоря о том, что при фиксированном размере планету, далёкую от своей звезды, обнаружить гораздо труднее, чем близкую (она затмевает меньше света и меньше влияет на светило своей гравитацией).
|
|
|
|
Юпитеры и нептуны, которые уже обнаружены в далёких системах, находятся к своим звёздам гораздо ближе, чем в нашей. Специалисты полагают, что они попали туда уже после того, как сформировались, и виной тому гравитационное воздействие соседних миров. Большинство гигантов, вероятно, остались на своих исходных орбитах и поэтому ещё не открыты. Но даже с учётом этого эффекта их найдено слишком мало.
|
|
|
|
Похоже, что в данном случае особенности наблюдений ни при чём. Такие миры действительно редко встречаются. То есть по какой-то причине большинство зародышей экзопланет останавливается в росте, достигнув критического диаметра. Но по какой? "Мы ломали голову над тем, почему планеты перестают расти, достигнув размера, примерно втрое превышающего земной", – признаётся первый автор статьи Эдвин Кайт (Edwin Kite) из Чикагского университета.
|
|
|
|
Заметим, что большая часть радиуса планет-гигантов приходится на протяжённую атмосферу. Однако формирование такой экзопланеты, согласно современным теориям, зачастую начинается со скалистого ядра. На каком-то этапе это мир земного типа, а потом он приобретает всё более толстую атмосферу. Но что, если этот процесс прервётся?
|
|
|
|
Считается, что новорождённые скалистые планеты покрыты океанами магмы. На Земле эта расплавленная порода быстро остыла и затвердела. Но на экзопланетах с толстыми водородными атмосферами она может долго оставаться горячей. (Напомним, что водород – самый распространённый элемент во Вселенной, и атмосферы таких гигантов, как Юпитер, состоят в основном из него). "До сих пор почти все модели, которые мы используем, игнорируют эту магму, рассматривая её как химически инертную. Но жидкая порода почти такая же текучая, как вода, и очень реактивная", – объясняет Кайт.
|
|
|
|
Расчёты авторов новой работы показали, что этот раскалённый океан может останавливать рост атмосферы. Дело в том, что по мере роста количества газа атмосферное давление повышается, а вместе с ним растёт и растворимость водорода в магме. Расплав в итоге поглощает почти весь избыток газа, и атмосфера становится лишь немного толще, чем была.
|
|
|
|
Гравитация собирает в окружающем протопланетном облаке всё новые порции водорода, но магма встречает его с распростёртыми объятиями. При этом небольшое количество добавочного газа, оставшееся в атмосфере от предыдущих трапез ненасытного магматического океана, создаёт дополнительное давление. Так что в каждом последующем акте марлезонского балета растворимость водорода становится ещё больше, чем в предыдущем. Таким образом, всё новые порции газа поглощаются расплавом, и планета набирает массу, почти не увеличиваясь в объёме.
|
|
|
|
Разумеется, у этого процесса есть предел. В конце концов, магма не может растворять прибывающий водород бесконечно. Поэтому, если запасы газа в окружающем растущую планету облаке достаточно велики, на каком-то этапе небесное тело всё же начинает расти в объёме. В итоге масса накопленного водорода и других лёгких веществ может многократно превысить массу скалистого ядра. Так и образуются газовые (как Юпитер и Сатурн) и ледяные (как Уран и Нептун) гиганты.
|
|
|
|
Но множество миров, вероятно, поглощает из окружающего пространства все доступные запасы вещества прежде, чем раствор в магматическом океане насытится. Таким образом, имея довольно солидную массу, они тем не менее получают весьма скромный радиус. Исследователи утверждают, что их теория хорошо согласуется с наблюдательными данными. Однако, чтобы проверить её досконально, нужна более точная информация о массах и радиусах далёких миров.
|
|
|
|
К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о том, как магма на поверхности экзопланет может участвовать в формировании океанов, а также о планете, которая плавится изнутри магнитным полем собственного солнца. Говорили мы и о том, что каждая третья большая экзопланета представляет собой водный мир.
|
|
|
|
Источник
|
