Учёные, ищущие жизнь за пределами Земли, считают каменистые планеты с атмосферой одними из самых перспективных объектов для исследований. Атмосфера необходима для поддержания жидкой воды на поверхности планеты. Однако среди более чем 6300 известных экзопланет большинство не являются каменистыми, и лишь у небольшого числа известных каменистых планет, по-видимому, есть атмосфера.

Теперь исследователи пополнили этот короткий список ещё одним миром. В статье, опубликованной в The Astrophysical Journal Letters, команда под руководством учёного Чикагского университета Брэндона Парка Коя сообщает о доказательствах наличия атмосферы вокруг HD 3167 b — каменистой сверхземли, расположенной в 154 световых годах от нас в созвездии Рыб. Эта чрезвычайно горячая планета, классифицируемая как «лавовый мир», совершает полный оборот вокруг своей звезды всего за один земной день.

«Удивительно то, что чем ближе каменистая планета к своей звезде, тем труднее ей должно быть сохранить атмосферу, поскольку она подвергается бомбардировке звёздным ветром и получает больше высокоэнергетических фотонов от звезды. Но, похоже, у многих из этих лавовых миров она есть», — пояснил Эдвин Кайт, доцент кафедры геофизических наук Чикагского университета и соавтор исследования. «Эти планеты слишком горячи для жизни, но, изучая их, мы можем кое-что сказать о процессах, важных для других каменистых миров».

В формате вопросов и ответов Кой, аспирант группы Кайта и первый автор исследования, объясняет, почему атмосферы лавовых миров представляют научную ценность, как исследователи обнаружили доказательства существования этой атмосферы и что они надеются узнать дальше.

Какова была цель исследования, обнаружившего эту экзопланету с атмосферой?

Один из ключевых вопросов, на которые призван ответить космический телескоп «Джеймс Уэбб», — есть ли атмосферы у планет, вращающихся вокруг звёзд, значительно меньших Солнца. По-видимому, у большинства таких землеподобных планет их нет — это просто голые скалы.

Но, что удивительно, мы нашли доказательства того, что у большинства лавовых миров — схожих по составу с Землёй и Венерой, но гораздо более горячих — могут быть атмосферы. Пять землеподобных планет, у которых обнаружены атмосферы, включая описанную в этом исследовании, были сверхгорячими.

Однако эта планета — самый холодный лавовый мир, у которого на данный момент найдены доказательства наличия атмосферы. Это интересно, потому что мы пытаемся понять температурный переход между планетами с атмосферой и без неё.

Этот результат — первый в рамках программы под руководством Меган Вайнер Мэнсфилд (PhD'21), которая сейчас работает в Мэрилендском университете. Цель программы, изучающей 10 сверхгорячих лавовых миров, — выяснить, существует ли критическая температура, выше которой начинают встречаться планеты с атмосферами.

«Нам интересно изучать такие планеты, потому что мы думаем, что ранняя Земля могла выглядеть очень похоже на лавовый мир». — Брэндон Парк Кой, автор исследования

Как определить, есть ли у экзопланеты атмосфера?

На данный момент прямое наблюдение землеподобных планет в поисках признаков жизни недоступно. Вместо этого мы можем использовать телескоп «Уэбб» для регистрации света в среднем инфракрасном диапазоне, чтобы оценить температуру экзопланет, что может подсказать, есть ли у них атмосферы.

Существует два основных способа изучения экзопланет. Первый называется транзитом, когда планета проходит перед своей звездой. Второй — вторичное затмение, метод, использованный в этом исследовании: планета проходит позади своей звезды, и мы измеряем, сколько света теряется. Эта разница показывает, сколько среднего инфракрасного света исходит от самой планеты, что по сути говорит нам, насколько она горяча.

Если у планеты нет атмосферы, её обращённая к звезде дневная сторона должна быть настолько горячей, насколько это теоретически возможно, исходя из отражательной способности её поверхности и расстояния до звезды. Но атмосфера помогает перераспределять тепло с дневной стороны на ночную. Мы видим это на Венере — там почти нет разницы в температуре поверхности между дневной и ночной сторонами, а также между полюсами и экватором. Если у планеты есть атмосфера, у неё также могут быть облака, отражающие входящий звёздный свет и охлаждающие дневную сторону. Так что если дневная сторона планеты холоднее теоретического максимума, вероятно, у неё есть атмосфера.

Предмет этого исследования, HD 3167 b, заметно холоднее ожидаемого максимума, что является убедительным доказательством наличия у неё атмосферы.

Из чего, по вашему мнению, состоит атмосфера HD 3167 b?

Эти лавовые миры названы так потому, что поверхность, обращённая к их звезде, вероятно, представляет собой расплавленную породу. Мы думаем, что HD 3167 b может иметь состав, богатый силикатами, со смесью минералов, схожей с той, что образует мантию Земли. До этого исследования мы предполагали, что любая атмосфера на таких сверхгорячих планетах будет состоять из испарённой породы, но мы начинаем видеть доказательства того, что у некоторых из них в атмосфере могут быть более тяжёлые газы, такие как углекислый газ, угарный газ или вода.

Состав атмосферы HD 3167 b пока остаётся неясным. Это одна из причин, по которой мы так заинтересованы в получении новых наблюдений.

Почему этот результат важен?

Поскольку четыре других лавовых мира, у которых обнаружены атмосферы, находятся в сверхгорячем режиме, возникает вопрос, существует ли критическая температура перехода, при которой силикатные атмосферы начинают становиться очень плотными. Есть ли температура, при которой эти планеты образуют силикатные облачные слои, способные отражать входящее излучение в космос и охлаждать свою дневную сторону? Эта относительно более холодная планета помогает нам лучше охарактеризовать и точно определить этот переход.

Несмотря на то, насколько они негостеприимны для жизни, нам также интересно изучать такие планеты, потому что мы думаем, что ранняя Земля могла выглядеть очень похоже на лавовый мир. Мы полагаем, что в самом начале истории Солнечной системы, когда формировались землеподобные планеты, они были чрезвычайно горячими из-за энергии всех столкновений планетезималей. Земля пережила так называемую стадию магматического океана с полностью жидкой поверхностью. Этот результат даёт нам окно в изучение того, какими могли быть условия в первые пару миллионов лет существования Земли.

Источники:

sciencedaily.com

Материалы предоставлены Чикагским университетом. Оригинальный текст написан Морин Сирси.

Brandon Park Coy, Qiao Xue, Megan Weiner Mansfield, Jason D. Eastman, Anjali A. A. Piette, Tyler Fairnington, Cole Smith, Michael Zhang, Eliza M.-R. Kempton, Jacob L. Bean, Xuan Ji, Peter Gao, Jegug Ih, Daniel D. B. Koll, Rafael Luque, Jaume Orell-Miquel, Edwin S. Kite. Evidence for an Atmosphere on the Ultra-short-period Super-Earth HD 3167 b. The Astrophysical Journal Letters, 2026; 1005 (2): L77 DOI: 10.3847/2041-8213/ae7f23