Астрономи досліджують гарячу суперземлю, яка обертається навколо зорі типу К. Цей лавовий світ, можливо, має атмосферу, і це дає науковцям надію знайти підказки про те, як сформувалася наша планета та як вона утримує свою газову оболонку.
Гарячий лавовий світ HD 3167 b
У пошуках позаземного життя доцільно спочатку звертати увагу на скелясті планети з атмосферою, подібні до Землі. Без атмосфери на планеті не може бути поверхневої води. Однак з-понад 6300 екзопланет, каталогізованих на сьогодні, переважна більшість не є скелястими, й лише кілька скелястих світів, як видається, мають атмосферу.
Як повідомляє сайт phys.org у дослідженні, опублікованому в The Astrophysical Journal Letters, група під керівництвом науковця з Чиказького університету Брандона Парка Коя знайшла кам’янисту суперземлю за 154 світлових роки від нас у сузір’ї Риб. Цей дуже гарячий лавовий світ, названий HD 3167 b, обертається навколо своєї зорі всього за один земний день.
«Що дивно, так це те, що чим ближче кам’яниста планета обертається навколо своєї зорі, тим важче їй зберігати атмосферу, бо її обстрілює зоряний вітер і вона отримує більше високоенергетичних фотонів від зорі. Але, здається, багато таких лавових планет це роблять, — сказав Едвін Кайт, доцент геофізичних наук Університету Чикаго та співавтор дослідження. — Ці планети надто гарячі для життя, але, вивчаючи їх, ми можемо дізнатися дещо про процеси, що важливі для інших кам’янистих світів».
Навіщо астрономи досліджують гарячі екзопланети?
Одне з ключових питань, на яке намагаються відповісти за допомогою космічного телескопа James Webb, полягає в тому, чи мають атмосферу планети, що обертаються навколо світил, значно менших за Сонце? Схоже, що більшість таких земних планет її не мають — це просто гола скеля.
Але, на диво, ми знайшли докази того, що більшість лавових світів — подібних за складом до Землі та Венери, але набагато, набагато гарячіших — можуть мати атмосфери. П’ять земних планет, у яких знайшли атмосфери, включаючи ту, що описана в цьому дослідженні, виявилися надзвичайно гарячими.
Однак ця планета — найхолодніший із виявлених на сьогодні світів з лавою, на якому є ознаки наявності атмосфери. Це цікаво, оскільки вчені намагаються зрозуміти температурний перехід між планетами з атмосферою та без неї. Мета програми, в межах якої досліджуються 10 надгарячих лавових світів, полягає в тому, щоб з’ясувати, чи існує критична температура, вище якої починають з’являтися планети з атмосферами.
Визначення наявності атмосфери екзопланети методом вторинного затемнення
Наразі безпосереднє спостереження за планетами, схожими на Землю, з метою пошуку ознак життя є неможливим. Натомість ми можемо використовувати телескоп James Webb для виявлення світла в діапазоні середнього інфрачервоного випромінювання, щоб оцінити температуру екзопланет, що дозволить нам визначити, чи можуть вони мати атмосферу.
Є два основні способи дослідження екзопланет. Один із них називається транзитом — це коли планета проходить перед своєю зорею. Інший — вторинним затемненням, і саме цей метод використали в дослідженні. Воно відбувається, коли планета проходить за своєю зорею, через що ми перестаємо бачити її випромінювання. Різниця між яскравістю системи до і під час затемнення показує, скільки середнього інфрачервоного випромінювання надходить від самої планети. Це, своєю чергою, дає змогу оцінити її температуру.
Якщо планета не має атмосфери, її денна сторона, звернена до зорі, має бути настільки гарячою, наскільки це теоретично можливо, виходячи з відбивної здатності її поверхні та відстані до світила. Але атмосфера сприяла б перерозподілу тепла з денної сторони на нічну. Ми спостерігаємо це на Венері — там майже немає різниці в температурі поверхні між денною та нічною сторонами, а також між полюсами та екватором.
Якщо планета має атмосферу, на ній можуть бути хмари, які відбивають світло зорі та охолоджують денну сторону. Отже, якщо денна сторона планети прохолодніша за максимально можливу температуру, це, ймовірно, свідчить про наявність атмосфери. Об’єкт цього дослідження, HD 3167 b, є помітно прохолоднішим за очікуване максимальне значення, що є переконливим доказом наявності атмосфери.
Вважаться, що атмосфера екзопланети складається з газів, випарених із силікатних порід. Проте точний склад цієї атмосфери наразі залишається невідомим.
Чому результати цього дослідження такі важливі?
Оскільки чотири інші лавові світи, у яких виявлені атмосфери, перебувають в ультрагарячому режимі, це викликає питання щодо того, чи існує критична температура переходу, за якої силікатні атмосфери починають ставати дуже щільними. Чи існує температура, за якої на цих планетах утворюються шари силікатних хмар, які можуть відбивати вхідне випромінювання у космос і охолоджувати їхні денні сторони? Ця відносно прохолодніша планета допомагає краще охарактеризувати та визначити цей перехід.
Попри те, що ці планети є непридатними для життя, їхнє вивчення важливе, оскільки рання Земля, ймовірно, була дуже схожою на лавовий світ.
Науковці вважають, що на самому початку історії Сонячної системи, коли формувалися земні планети, вони були надзвичайно гарячими через енергію, що вивільнялася під час зіткнень планетезималей. Земля перебувала у стадії так званого магматичного океану з повністю рідкою поверхнею. Це дослідження дає можливість дізнатися, якими могли бути умови на Землі протягом перших кількох мільйонів років її існування.
