Планета з лавою має багатий на водень, активний атмосферу

Це 2158 рік, і ви працюєте над своєю дисертацією з планетарної вулканології в Університеті Утопія Планітія на Марсі. Аспіранти все ще отримують зарплату нижчу за прожитковий мінімум, тому ви вже три роки харчуєтеся замороженими локшинами. Ви завершили вивчення супутника Юпітера, Іо, але тепер вам потрібно покинути Сонячну систему в пошуках хорошого аналога екзопланети. У той час як вулканізм Іо викликаний припливним нагріванням, вам потрібна екзопланета, вулканізм якої викликаний екстремальним теплом від її зірки-господаря. Нещодавно ви отримали фінансування від Інституту дослідження екзопланет на швидкісний космічний корабель, але екзопланета повинна бути на відстані менше 50 світлових років.

У наші дні вчені використали Космічний телескоп Джеймса Вебба NASA для спостереження за 55 Cancri e (55 Cnc e), яка вважається суперземлею з радіусом і масою приблизно 1.88 і 8 Земель відповідно. Вона знаходиться приблизно за 41 світловий рік від нас і є припливно заблокованою до зірки, подібної до Сонця, завершуючи один оберт приблизно за 0.7 днів. Саме ця надзвичайно близька орбіта, як припускають дослідники, викликає плавлення поверхні екзопланети. Для контексту, Меркурій обертається навколо нашого Сонця за 88 днів. Їхні результати нещодавно були подані на публікацію в Nature Astronomy і можуть допомогти вченим краще зрозуміти формування та еволюцію лавових екзопланет.

Використовуючи JWST, дослідники спостерігали п'ять затемнень 55 Cnc e та порівняли їх з давніми моделями формування та еволюції екзопланет. Ці моделі припустили, що лавові планети мають високу концентрацію оксиду вуглецю (CO) та діоксиду вуглецю (CO2). В кінці дослідники зробили висновок, що атмосфера 55 Cnc e, ймовірно, складається з великих кількостей CO та малих кількостей CO2, а також має великі обсяги водню. Додатково, дослідники зазначили, що змішані дані серед п'яти затемнень можуть свідчити про вивітрювання або формування хмар від вивітрювання. Вони зазначають, як хмари можуть тимчасово охолоджувати поверхню, поки вивітрювання не відштовхне хмари.

Дослідження зазначає: "Оскільки вторинні атмосфери кам'янистих планет визначаються складом їхнього внутрішнього шару та подальшим вивітрюванням, склад їхніх атмосфер безпосередньо пов'язаний з їхніми внутрішніми редокс-станами. Перевага моделей, багатих на водень, разом із різкими інверсіями, які вони виробляють, вказує на внутрішній шар з відносно низькою фугацією кисню, що узгоджується з вивітрюванням з редукованого магматичного океану."

Для контексту, редокс-стан планети — це хімічний баланс між киснем і воднем/залізом у її внутрішньому шарі. У контексті 55 Cnc e водень має значну перевагу в порівнянні з киснем, що призводить до водневої атмосфери екзопланети.

Ілюстрація художника лавової екзопланети CoRoT-7 b. (Кредит: ESO/L. Calçada)

Лавові екзопланети потрапили в центр уваги в останні роки, оскільки кілька з них були відкриті за останнє десятиліття, а 55 Cnc e була відкрита в 2004 році. Ці екзопланети включають K2-141 b, L 98-59 d, TOI-561 b, HD 63433 d та CoRoT-7 b, які мають орбітальні періоди приблизно 6.7 годин, 7.5 днів, 10.5 годин, 4.2 днів та 20.4 годин відповідно. Як і 55 Cnc e, всі ці екзопланети є припливно заблокованими до своїх зірок-господарів і зазнають екстремальних температур. У той час як 55 Cnc e має свою лаву на стороні, що дивиться на Сонце, екзопланети, такі як L 98-59 d, мають всю свою поверхню покритою магматичним океаном, як супутник Юпітера Іо.

Як зазначено в вигаданій історії вище, вулканізм на супутнику Юпітера Іо викликаний припливним нагріванням, яке відбувається через те, що маленький супутник розтягується і стискається величезною гравітацією Юпітера. На відміну від цього, всі лавові екзопланети, зазначені вище, включаючи 55 Cnc e, є результатом екстремальних температур, які вони зазнають, обертаючись на надзвичайно близьких відстанях до своїх зірок-господарів. У той час як Іо має вулканізм по всій своїй поверхні, деякі лавові екзопланети мають свої лавові поверхні на стороні, що дивиться на Сонце, через те, що вони є припливно заблокованими.

Які нові уявлення про 55 Cnc e та інші лавові екзопланети зроблять дослідники в найближчі роки та десятиліття? Лише час покаже, і саме тому ми займаємося наукою!

Як завжди, продовжуйте займатися наукою та дивіться вгору!