Раскаленная лава, которая, казалось бы, должна уничтожить атмосферу горячей планеты, неожиданно оказывается жизненно важной для ее выживания. Ученые выявили парадоксальный механизм.
Обычно раскаленная планета, находящаяся в непосредственной близости к своей звезде, имеет не самые лучшие перспективы: интенсивное излучение постепенно разрушает газовую оболочку, унося ее в открытый космос. Однако некоторые лавовые миры умудряются удерживать атмосферу миллиарды лет. Новое исследование Стэнфордского университета предлагает понимание этого космического парадокса. Работа опубликована в The Astrophysical Journal Letters.
Не враг, а консервант атмосферы
Ученые смоделировали взаимодействие атмосферы, расплавленной поверхности и внутренних слоев планеты. В расчетах были учтены несколько процессов: утечка газов в космос, выделение газов из недр, охлаждение лавы и ее постепенное затвердевание.
Главный вывод оказался неожиданным. На некоторых суперземлях, покрытых океанами расплавленного вещества, выделение газов из недр может компенсировать их потерю в космосе. При этом сама лава замедляет поступление газов из глубин в атмосферу, создавая особый баланс.
Так формируется уникальная зона, которую авторы исследования назвали «космической отмелью». Это название выбрано не случайно: по аналогии с песчаными отмелями в земных океанах, данная область располагается за пределами условной «космической береговой линии».
Концепция «космической береговой линии» была предложена около десяти лет назад. Она описывает границу, за которой каменистые планеты уже не могут удерживать атмосферу под воздействием своей звезды. Однако лавовые миры изменяют эту картину: некоторые из них располагаются значительно ближе к звезде, чем предполагает модель, но при этом все равно обладают плотной газовой оболочкой.
Яркий пример — 55 Cancri e, суперземля, масса которой в 8,63 раза превышает массу Земли. Она обращается вокруг своей звезды примерно в 20 раз ближе, чем Меркурий к Солнцу. В 2024 году телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил у нее очень плотную атмосферу, состоящую из окиси и двуокиси углерода.
Двойная система 55 Рака находится на расстоянии 40 световых лет от Земли. У экзопланеты 55 Cancri e есть собственное имя Янсен. Так звали средневекового голландского мастера-оптика, возможного изобретателя оптического телескопа. Также планету называют Алмазной — существует гипотеза, что ее ядро и кора (если она есть) богаты кристаллическим углеродом.
Между «берегом» и «отмелью» — безвоздушная пустыня
Новая модель вводит еще одну область — «безвоздушную долину». В нее попадают планеты, которые находятся между космической береговой линией и отмелью.
Их судьба печальна: они располагаются достаточно близко к звезде, чтобы терять атмосферу, но при этом остывают слишком быстро после формирования. Газы оказываются заперты под затвердевшей поверхностью, и восполнить утечку становится некому.
Более горячие лавовые миры устроены иначе. Их расплавленная поверхность продолжает участвовать в обмене газами с атмосферой, что позволяет сохранять газовую оболочку значительно дольше.