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»».

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!»