Новые модели предсказывают, как эволюционируют «лавовые планеты»

Художественная иллюстрация внутренней структуры лавовой планеты в холодном состоянии, демонстрирующая океан магмы на дневной стороне, покрытый минеральной атмосферой. Стрелки указывают направление переноса тепла внутри планеты и теплового излучения с её ночной стороны. Автор: Ромен Жан-Жак (Instagram: @romainjean.jacques)

Новое исследование под руководством профессора Йоркского университета, опубликованное сегодня в журнале Nature Astronomy, предлагает простую теоретическую модель для описания эволюции системы «внутренние слои–атмосфера» у горячих каменистых экзопланет, известных как «лавовые планеты».

«Лавовые планеты находятся в таких экстремальных орбитальных конфигурациях, что наши знания о каменистых планетах Солнечной системы к ним неприменимы. Это оставляет учёных в неведении относительно того, чего ожидать при наблюдении за такими объектами», — говорит ведущий автор исследования Шарль-Эдуар Букаре, доцент кафедры физики и астрономии Йоркского университета.

Лавовые планеты — это миры размером от Земли до супер-Земли, обращающиеся чрезвычайно близко к своим звёздам и совершающие полный оборот менее чем за земные сутки. Как и Луна, они, вероятно, находятся в приливном захвате, всегда повёрнутые одной стороной к светилу. Температура на их дневной стороне настолько высока, что силикатные породы плавятся и даже испаряются, создавая условия, не имеющие аналогов в Солнечной системе.

Изучение недр через атмосферу и поверхность

Исследование объединяет методы геофизической гидродинамики, изучения экзопланетных атмосфер и минералогии, чтобы проследить, как состав лавовых планет меняется в процессе, напоминающем дистилляцию. При плавлении или испарении пород элементы, такие как магний, железо, кремний, кислород, натрий и калий, распределяются по-разному между газообразной, жидкой и твёрдой фазами.

В работе, соавторами которой выступили учёные из Университета Сент-Эндрюса, Университета Макгилла, Университета Ватерлоо и Университета Париж-Ситэ, с помощью численного моделирования предсказаны два возможных сценария эволюции:

• Полностью расплавленные недра (вероятно, молодые планеты): атмосфера отражает состав планеты, а перенос тепла внутри расплава поддерживает высокую температуру ночной стороны.
• Почти полностью твёрдые недра (вероятно, старые планеты): остаётся лишь мелкий лавовый океан на дневной стороне, а атмосфера обеднена такими элементами, как натрий, калий и железо.

Проверка гипотез с помощью телескопа «Джеймс Уэбб»

Букаре отмечает, что это исследование началось как чисто теоретическое, но теперь его прогнозы помогли получить 100 часов наблюдательного времени на космическом телескопе «Джеймс Уэбб» (JWST). Эти наблюдения, которые возглавит соавтор работы профессор Дан, позволят напрямую проверить предложенную модель.

«Мы очень надеемся, что сможем отличить старые лавовые планеты от молодых. Если это удастся, это станет важным шагом вперёд в изучении экзопланет», — говорит Букаре.

Подробнее: The role of interior dynamics and differentiation on the surface and in the atmosphere of lava planets, Nature Astronomy (2025). DOI: 10.1038/s41550-025-02617-4

* Meta, Facebook и Instagram запрещены в России.