Ученые обнаружили, что далекая планета потеряла одну атмосферу и приобрела новую

Ученые с помощью космического телескопа НАСА Хаббл обнаружили доказательства того, что планета, вращающаяся вокруг далекой звезды, могла потерять свою атмосферу, но приобрела вторую из-за вулканической активности.

Предполагается, что планета GJ 1132 b возникла как газообразный мир с толстым водородным слоем атмосферы. Считается, что этот так называемый «суб-Нептун», размер которого в несколько раз превышает диаметр Земли, быстро потерял свою изначальную водородную и гелиевую атмосферу из-за интенсивного излучения горячей молодой звезды, вокруг которой он вращается. За короткий период времени такая планета будет разделена до голого ядра размером с Землю. Вот тогда стало интересно.

К удивлению астрономов, Хаббл наблюдал атмосферу, которая, согласно их теории, является «вторичной атмосферой», существующей сейчас. Основываясь на сочетании прямых наблюдений и выводов посредством компьютерного моделирования, команда сообщает, что атмосфера состоит из молекулярного водорода, цианистого водорода, метана, а также содержит аэрозольную дымку. Моделирование предполагает, что аэрозольная дымка основана на фотохимических углеводородах, похожих на смог на Земле.

Ученые интерпретируют нынешний атмосферный водород в GJ 1132 b как водород из исходной атмосферы, который был поглощен расплавленной магматической мантией планеты и теперь медленно высвобождается в результате вулканических процессов, образуя новую атмосферу. Считается, что атмосфера, которую мы видим сегодня, постоянно пополняется, чтобы уравновесить утечку водорода в космос.

«Это суперзахватывающе, потому что мы считаем, что атмосфера, которую мы видим сейчас, была восстановлена, поэтому она может быть вторичной атмосферой, — отметила  соавтор исследования Раисса Эстрела из Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL) в Пасадене, Калифорния. — Сначала мы подумали, что эти сильно облученные планеты могут быть довольно скучными, потому что мы считали, что они потеряли свою атмосферу. Но мы посмотрели на существующие наблюдения этой планеты с Хабблом и сказали: «О нет, там есть атмосфера»».

Скалистая экзопланета GJ 1132 b, похожая по размеру и плотности на Землю, обладает туманной атмосферой, состоящей из вулканических газов.
Ученые говорят, что GJ 1132 b, вращающаяся вокруг звезды красного карлика на расстоянии 41 светового года от нас, имеет некоторые общие черты с мирами в нашей солнечной системе, а также огромные различия. Ее туманный вид можно сравнить с Титаном, самым большим спутником Сатурна, единственным спутником Солнечной системы с солидной атмосферой, хотя Титан намного холоднее. Наша собственная Земля могла иметь такой туманный вид в начале своей истории, хотя, в отличие от Земли, новая планета слишком горячая, чтобы быть пригодной для жизни. А у GJ 1132 b, вероятно, есть «вторичная атмосфера», созданная вулканической активностью после того, как ее первая водородно-гелиевая атмосфера была удалена излучением звезды.
Диаграмма: НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калтех / Лизбет Б. Де Ла Торре.

Результаты могут иметь значение для других экзопланет , планет за пределами нашей солнечной системы.

«Сколько планет земной группы не начинаются как земные? Некоторые из них могут начаться как суб-Нептуны, и они становятся земными через механизм, который фотоиспаряет изначальную атмосферу. Этот процесс работает на ранних этапах жизни планеты, когда звезда горячее, — сказал ведущий автор Марк Суэйн из JPL. — Затем звезда остывает, и планета просто сидит там. Итак, у вас есть этот механизм, с помощью которого вы можете готовить атмосферу в первые 100 миллионов лет, а затем все успокаивается. И если вы сможете восстановить атмосферу, возможно, она и останется».

В некотором смысле GJ 1132 b, расположенная примерно в 41 световом году от Земли, имеет дразнящие параллели с Землей, но в некотором смысле это совсем не так. Обе планеты имеют одинаковую плотность, одинаковые размеры и одинаковый возраст — около 4,5 миллиардов лет. Обе начинались с атмосферы с преобладанием водорода, и обе были горячими, прежде чем остыли. Работа команды даже предполагает, что GJ 1132 b и Земля имеют одинаковое атмосферное давление у поверхности.

Но у планет совершенно разные истории формирования. Земля не считается уцелевшим ядром суб-Нептуна. И Земля вращается на комфортном расстоянии от нашего Солнца. GJ 1132 b настолько близок к своему красному карлику, что совершает полный оборот вокруг своей звезды раз в полтора дня. Эта чрезвычайная близость удерживает GJ 1132 b приливно-отливной привязкой, всегда показывая одну и ту же сторону своей звезды — так же, как наша Луна держит одно полушарие постоянно обращенным к Земле.

«Вопрос в том, что удерживает мантию достаточно горячей, чтобы оставаться жидкой и могущественной вулканизмом? — спрашивает Суэйн. — Эта система особенная, потому что у нее есть довольно много приливного нагрева».

Приливный нагрев — это явление, которое возникает из-за трения, когда энергия орбиты и вращения планеты рассеивается в виде тепла внутри планеты. GJ 1132 b находится на эллиптической орбите, и действующие на нее приливные силы наиболее сильны, когда она находится ближе всего к своей родительской звезде или дальше всего от нее. По крайней мере, еще одна планета в системе родительской звезды также гравитационно притягивает эту планету.

Следствием этого является то, что планета сжимается или растягивается из-за этой гравитационной «накачки». Этот приливный нагрев сохраняет мантию в жидком состоянии на долгое время. Ближайший пример в нашей солнечной системе — спутник Юпитера Ио, который имеет непрерывную вулканическую активность из-за приливного перетягивания каната Юпитера и соседних спутников Юпитера.

Учитывая горячие внутренние поверхности GJ 1132 b, команда полагает, что более прохладная, лежащая сверху кора планеты чрезвычайно тонкая, возможно, всего в сотни метров толщиной. Это слишком мало, чтобы поддерживать что-либо, напоминающее вулканические горы. Ее равнинная местность также может треснуть, как яичная скорлупа, из-за приливных изгибов. Через такие трещины может выделяться водород и другие газы.

Предстоящий космический телескоп НАСА Джеймс Уэбб сможет наблюдать эту экзопланету. Инфракрасное зрение Уэбба может позволить ученым видеть поверхность планеты.

«Если есть залежи магмы или вулканизм, в этих областях будет больше тепла, — поясняет Суэйн. — Это приведет к увеличению выбросов, и поэтому они потенциально будут смотреть на фактическую геологическую активность — что очень интересно!»

Читайте обзоры:

-->