Според отдавна установени модели на астрономията и планетологията, колкото по-близо една скалиста планета обикаля около централната си звезда, толкова по-малка е вероятността тя да запази газовата си обвивка. Директното въздействие на звездния вятър, произтичащо от близостта му, и непрекъснатото бомбардиране с високоенергийни фотони, според законите на физиката, би трябвало напълно да изпарят атмосферата в Космоса за кратко време.
Изследователи от Чикагския университет обаче са открили феномен, който значително противоречи на очакванията: някои така наречени ултрагорещи „лавови светове“ запазват плътни, масивни атмосфери, пише Index.
Експертите вече са идентифицирали най-студения член на това необичайно семейство планети до момента и откритието би могло да предостави неочаквани улики не само за изследване на обитаеми зони, но и за разбиране на най-ранната история на Земята, покрита с магма и океан.
Планетата, която изненада учените
Скалистите планети, които обикалят изключително близо до централната си звезда, почти без изключение се ротационно блокират поради гравитационните приливни сили.
Това означава, че периодът им на въртене около оста им съвпада с орбиталния им период, тоест, подобно на земната Луна, те винаги са обърнати с една и съща страна към звездата.
В дневното полукълбо това кара температурите да се покачват до чудовищни висоти: в повечето случаи те комфортно надхвърлят прага от 800°C, където силикатните скали вече се топят и текат като повърхностни океани от лава, докато тъмната страна, потопена във вечна нощ, е изправена пред ледения студ на безкрайното пространство.
Въпреки това, последните астрономически наблюдения показват, че дневната страна на някои от тези лавови планети е значително по-хладна, отколкото би диктувала непосредствената им близост до звездата и нивата на радиация.
Тази температурна разлика е сигурен знак, че нещо отклонява входящото чудовищно количество топлина: или облаците на голяма надморска височина отразяват светлината директно обратно в Космоса, или динамично циркулираща, плътна атмосфера пренася топлина към нощното полукълбо – и в най-вероятния сценарий тези два механизма работят взаимно допълващо се.
Самото наличие на атмосфера върху планета от лава е физическа мистерия. Горещата повърхност естествено създава гореща атмосфера, а високата топлинна енергия предава огромна кинетична енергия на газовите молекули, достатъчна, за да преодолеят гравитацията и да избягат в междупланетното пространство. Към това се добавя и пряката, разрушителна радиация от звездата.
Както казва д-р Едуин Кайт, професор в Чикагския университет и ръководител на изследването, общоприетата теория е, че колкото по-близо една скалиста планета обикаля около звездата си, толкова по-трудно е за нея да запази каквато и да е газова обвивка.
Прочетете също: Планета, която не би трябвало да съществува - тя е с необичайно ниска температура
Ето защо Кайт и неговите докторанти започнали систематично да изучават известни ултра-горещи скалисти планети, за да разберат къде се намират границите на запазване на атмосферата.
Резултатите обаче опровергаха всички предварителни модели: вместо да се открият атмосферни следи върху относително по-хладни, по-слабо облъчени лавови светове, наличието на плътна атмосфера беше открито именно върху най-изключително горещите планети.
Именно това прави обекта на скорошно изследване – екзопланета, обозначена като HD 3167 b, изключително интересен. Оказва се, че тя е най-студената от всички лавови планети с атмосфера, идентифицирани до момента. Физическите параметри на тази система са изумителни:
Радиусът на планетата е приблизително 60% по-голям от този на Земята, което я прави така наречената супер-Земя. Орбитата ѝ е толкова тясна, че тя прави пълна обиколка около звездата си само за 23 земни часа. Съдейки по яркостта на централната звезда, с плътна атмосфера, температурата на дневната страна би достигнала или надвишила 2200°C.
Телескопичните измервания и спектралният анализ на отразената светлина обаче показват само повърхностна температура от 1500°C. Макар че това все още е неразбираемо горещо, то представлява разлика от около 700 градуса в сравнение с модела.
Теоретично, разбира се, може да се предположи, че повърхността на планетата е изградена от някаква изключително лека, бяла скала, която ефективно отразява светлината; според изчисленията на изследователския екип обаче тази разлика най-вероятно се обяснява с наличието на плътна атмосфера, функционираща като топлообменник.
Всичко това означава, че или има все още неизвестен температурен праг, над който оцеляването на атмосферата е гарантирано – и HD 3167 b балансира точно на тази граница или е способна да запази обвивката си благодарение на някакъв уникален геоложки процес, при който подобни звезди отдавна са загубили своята.
Членът на изследователския екип Брандън Кой посочи, че основният въпрос сега не е просто съществуването на газовата обвивка, а нейният точен химичен състав.
Преди това научната общност смяташе, че ако съществува атмосфера в такава адска жега, тя може да се състои единствено от силикати и скални пари, изпарени от повърхността, носещи се под формата на аерозол.
Въпреки това, последните спектроскопски данни показват, че тези системи са много по-сложни: атмосферата може да съдържа значителни концентрации на по-тежки газове, като въглероден диоксид, въглероден оксид или дори водна пара.
Какво означава това за разбирането на историята на Земята?
Изследването, публикувано в The Astrophysical Journal Letters, далеч надхвърля простото каталогизиране на далечни звездни системи. Въпреки че Земята обикаля значително по-далеч от Слънцето, отколкото HD 3167 b от своята звезда, нашата собствена планета е преживяла плашещо подобно състояние в началото на историята на Слънчевата система.
Когато гигантски астероиди и протопланети се сблъскали с младата Земя по време на формирането на планетата, освободената кинетична енергия по подобен начин разтопила повърхността в глобален магмен океан.
Експертите смятат, че всяка нова информация, която може да бъде получена за тези екстремни екзопланети, за взаимодействието между повърхността на лавата и газовия слой, разположен над нея, ще помогне директно на учените да моделират по-точно ранното развитие на мантията на формиращата се Земя, формирането на нейната атмосфера и първите стъпки към последващо обитаемо състояние.
