Исследование проливает новый свет на странные лавовые миры
Лавовые миры, массивные экзопланеты со сверкающим небом и бурлящими вулканическими морями, называемыми океанами магмы, совершенно не похожи на планеты нашей Солнечной системы. На сегодняшний день обнаружено, что почти 50% всех обнаруженных каменистых экзопланет способны удерживать магму на своей поверхности, вероятно, потому, что эти планеты расположены так близко к своим звездам-хозяевам, что совершают оборот вокруг них менее чем за 10 дней. Из-за такой близости планета подвергается бомбардировке суровой погодой и повышает температуру поверхности до экстремальных значений, что делает ее практически совершенно непригодной для жизни в том виде, в котором мы ее знаем сегодня. Теперь, в новом исследовании, ученые показали, что эти бурные расплавленные океаны оказывают большое влияние на наблюдаемые свойства горячих скалистых Суперземель, такие как их размер и путь эволюции.
Их исследование, опубликованное недавно в «Астрофизическом журнале», показало, что из-за чрезвычайно сжимаемой природы лавы океаны магмы могут привести к тому, что богатые лавой планеты без атмосферы будут немного более плотными, чем твердые планеты аналогичного размера, а также повлиять на структуру их мантий, толстый внутренний слой, окружающий ядро планеты. Несмотря на это, поскольку эти объекты, как известно, недостаточно изучены, может оказаться сложной задачей охарактеризовать фундаментальное функционирование лавовых планет, говорит Кирстен Боли, ведущий автор исследования и аспирант астрономии Университета штата Огайо. «Лавовые миры — это очень странные и очень интересные вещи, и из-за того, как мы обнаруживаем экзопланеты, мы более склонны к их поиску», — сказал Боули, чьи исследования вращаются вокруг понимания того, какие важные ингредиенты делают экзопланеты уникальными и как настраивать эти элементы, или в случае лавовых миров их температура может полностью их изменить. Один из самых известных из этих загадочных пылающих миров — 55 Cancri e, экзопланета, расположенная на расстоянии около 41 светового года от нас, которую ученые описывают как дом как сверкающего неба, так и бурлящих лавовых морей.
Хотя в нашей солнечной системе есть объекты, такие как спутник Юпитера Ио, которые чрезвычайно вулканически активны, в нашем участке космоса нет настоящих лавовых планет, к которым ученые могли бы подойти близко и лично изучить. Однако исследование того, как состав магматических океанов способствует эволюции других планет, например, как долго они остаются расплавленными и по каким причинам в конечном итоге остывают, может дать ключ к разгадке огненной истории Земли, сказал Боули. «Когда планеты первоначально формируются, особенно каменистые планеты земной группы, они проходят стадию океана магмы по мере остывания», — сказал Боули. «Таким образом, лавовые миры могут дать нам некоторое представление о том, что могло произойти в эволюции практически любой планеты земной группы». Используя программное обеспечение для моделирования внутренней части экзопланеты Exoplex и данные, собранные в ходе предыдущих исследований, для создания модуля, включающего информацию о нескольких типах состава магмы, исследователи смоделировали несколько сценариев эволюции планеты земного типа с температурой поверхности от 2600 до 3860 градусов по Фаренгейту. температура плавления, при которой твердая мантия планеты превращается в жидкость.
Из созданных ими моделей команда смогла различить, что мантии планет с магматическим океаном могут принимать одну из трех форм: первую, в которой вся мантия полностью расплавлена, вторую, когда океан магмы лежит на поверхности, и Третья модель в стиле сэндвича, состоящая из океана магмы на поверхности, слоя твердой породы посередине и еще одного слоя расплавленной магмы, расположенного ближе всего к ядру планеты. Результаты показывают, что вторая и третья формы встречаются немного чаще, чем полностью расплавленные планеты. В зависимости от состава магматических океанов, некоторые экзопланеты без атмосферы лучше, чем другие, улавливают летучие элементы — такие соединения, как кислород и углерод, необходимые для формирования ранних атмосфер — в течение миллиардов лет. Например, в исследовании отмечается, что планета базального магматического класса, которая в 4 раза массивнее Земли, может удерживать в себе более чем в 130 раз больше воды, чем сегодня в земных океанах, и примерно в 1000 раз больше углерода, присутствующего в настоящее время на поверхности планеты. и корочка.
«Когда мы говорим об эволюции планеты и ее потенциале наличия различных элементов, необходимых для поддержания жизни, способность удерживать множество летучих элементов внутри своей мантии может иметь более серьезные последствия для обитаемости», — сказал Боули. Лавовым планетам еще далеко до того, чтобы стать достаточно обитаемыми для поддержания жизни, но важно понимать процессы, которые помогают этим мирам достичь этого. Тем не менее, это исследование ясно показывает, что измерение их плотности — не лучший способ охарактеризовать эти миры при сравнении их с твердыми экзопланетами, поскольку океан магмы существенно не увеличивает и не уменьшает плотность планеты, сказал Боули. Вместо этого их исследования показывают, что ученым следует сосредоточиться на других земных параметрах, таких как колебания поверхностной гравитации планеты, чтобы проверить свои теории о том, как работают миры с горячей лавой, особенно если будущие исследователи планируют использовать свои данные для помощи в более крупных планетарных исследованиях. «Эта работа, представляющая собой сочетание наук о Земле и астрономии, по сути открывает новые захватывающие вопросы о лавовых мирах», — сказал Боули.
