Лавові екзопланети стають новим об’єктом пильної уваги в галузі дослідження екзопланет. Ці надзвичайно гарячі світи мають щільність, подібну до земної, але їхні орбіти пролягають настільки близько до рідних зірок, що денна температура на поверхні здатна розплавити каміння, утворюючи потенційні магматичні океани.
Щоб дізнатись останні новини, слідкуйте за нашим каналом Google News онлайн або через застосунок.
Попри те, що лавові планети лише нещодавно опинилися в центрі астрономічних досліджень, багато питань щодо їхньої поведінки, структури та розвитку залишаються відкритими. Через нестандартні орбітальні властивості ці об’єкти суттєво відрізняються від скелястих планет Сонячної системи, тому традиційні знання застосовувати до них напряму неможливо. Як зазначив Чарльз-Едуард Букаре з Йоркського університету в Торонто, один із авторів нового наукового дослідження, вчені наразі не мають чіткого уявлення про те, чого саме слід очікувати при спостереженнях за цими об’єктами.
Оскільки космічний телескоп NASA Джеймса Вебба (JWST) уже включив ці планети до переліку пріоритетних цілей для п’яти наукових програм, команда дослідників на чолі з Букаре створила концептуальну модель, яка окреслює основні передбачувані параметри таких об’єктів. Модель включає уявлення про хімічні характеристики, стан поверхні та інші фізичні властивості, що можуть допомогти у виявленні та аналізі лавових планет.
На базі чисельного моделювання вчені змогли описати, як подібні об’єкти змінюються з часом – від моменту формування до настання теплової рівноваги. Поєднання геофізичних, атмосферних та мінералогічних даних дозволило змоделювати довготривалу динаміку цих планет і простежити трансформації їхньої структури й складу протягом мільярдів років.
Модель базується на аналогіях з процесами, відомими на планетах Сонячної системи, хоча у випадку лавових світів ці явища проявляються значно інтенсивніше. Як пояснює Букаре, принципова суть лишається незмінною – ті самі сили, що формують внутрішню будову Землі, можуть впливати й на екзопланети, які обертаються навколо інших зірок.
Особливої уваги заслуговує факт, що, попри інтенсивне нагрівання на денній півкулі, лавові планети, як і молоді об’єкти в Сонячній системі, швидко охолоджуються після формування. При цьому вони зберігають своєрідний баланс: одна сторона залишається постійно нагрітою, а інша – зануреною в темряву. Ця орбітальна синхронізація спричиняє утворення стабільного магматичного океану на освітленій частині планети, який може існувати протягом мільярдів років.
По краях такого океану відбувається безперервне кристалізування порід, що змінює хімічний склад розплаву. Згодом це призводить до того, що атмосфера, сформована над лавовим морем, відображає не початковий мінералогічний склад планети, а результат тривалих геохімічних процесів. Таким чином, аналіз атмосфери дозволяє оцінити вік планети, що відкриває нові підходи до її дослідження.
На відміну від менш щільної екзопланети 55 Cancri e, яка має дуже короткий період обертання, справжні лавові світи, як очікується, вже втратили свої леткі компоненти в космосі. Тим не менш, їхня денна сторона, розігріта до 2000-3000 K (1727-2727 °C), зберігає тонку атмосферу, утворену з випарених силікатів. Ця атмосфера є спостережуваною ціллю для JWST, що вже відкриває нові перспективи для її дослідження.
Цікаво, що у порівняно молодих лавових планет нічна сторона зберігає підвищену температуру – близько 1500 K (1227 °C) – завдяки теплу, яке надходить із надр планети через конвекційні потоки. Однак із плином часу, без джерел додаткової енергії, ця частина планети значно охолоджується. Температурний розподіл між півкулями таким чином стає відображенням повної термохімічної історії екзопланети, а температура мантії – ключовим параметром у дослідженні її еволюції.
Завдяки JWST науковці вже зараз мають змогу вимірювати температуру нічного боку планет, отримуючи тим самим інформацію про їхню глибинну структуру. Майбутні астрономічні інструменти, як-от Extremely Large Telescope, що нині будується в Чилі, також дозволять досліджувати силікатну атмосферу, розкриваючи складні зв’язки між зовнішніми умовами, розплавленими породами та мінералогією глибших шарів.
Нове дослідження, яке спочатку мало статус спроби з невеликими очікуваннями, насправді започаткувало окремий напрям у вивченні екзопланет. Модель, створена Букаре з командою, стала практичним інструментом, що дозволяє астрономам не лише класифікувати новий тип планет, а й цілеспрямовано їх шукати. Ці теоретичні припущення стали вагомим фактором, що дозволив команді отримати 100 годин досліджень на JWST – цінний ресурс у світовій астрономії.
Як зазначив Букаре, дослідники покладають великі надії на те, що їм удасться чітко розрізняти молоді та старі лавові планети. Якщо це вдасться, це стане вагомим кроком до глибшого розуміння їхньої історії – і важливою віхою у переході від поверхневих спостережень до повноцінного аналізу екзопланет.
Читайте також:
- Астрономи виявили унікальну планету, що не обертається навколо жодної зірки
- Суперземля K2-18 b може виявитися планетою з великим океаном