|
Экзопланета K2-18b - мини-Нептун без обитаемой поверхности
|
|
|
|
Экзопланета K2-18b привлекает много внимания. Спектроскопия космического телескопа Джеймса Уэбба показывает, что в его атмосфере есть углерод и метан. Эти результаты, наряду с другими наблюдениями, предполагают, что планета может быть давно выдвинутой гипотезой «Хайского мира». Но новые исследования опровергают это. Вместо этого планета могла бы быть газообразным мини-Нептуном. K2-18b находится в обитаемой зоне красного карлика на расстоянии около 134 световых лет от нас. Это около 2,6 радиуса Земли и около 8,6 массы Земли. Его орбитальный период составляет всего 33 дня, поэтому он находится близко к своей звезде. Но поскольку звезда является тусклым красным карликом, K2-18b получает от своей звезды примерно такое же количество энергии, как Земля от Солнца. Ученые до сих пор ломают голову над плотностью и составом планеты. Его плотность находится между плотностями Земли и Нептуна. Поскольку это не преимущественно каменный мир, как на Земле, и не весь газ, как Нептун, это привело к предположению, что это гицеанский (океанический) мир. Единственный способ определить, из чего состоит K2-18b, — это выяснить, что находится в его атмосфере.
|
|
|
|
Именно это и сделал JWST, и его наблюдения обнаружили ряд химических веществ, включая CO2 и метан. Также обнаружено отсутствие аммиака. Ранее в этом месяце ученые представили некоторые исследования сервера препринтов arXiv (Shortttle et al, 2024), основанные на выводах JWST. Работая с моделями климатической атмосферы, эти исследователи пришли к выводу, что K2-18b, скорее всего, представляет собой океан магмы. «Модель магматического океана воспроизводит нынешний JWST-спектр K2-18b», — написали они, — «… предполагая, что это столь же достоверное объяснение текущих наблюдений, как и планета, на которой находится океан с жидкой водой». Но другая группа исследователей с этим не согласна. Эти исследователи не считают, что эта планета — это гицеанский мир или мир лавы. Они представили статью, также на arXiv, под названием «Наблюдения JWST за K2-18b можно объяснить богатым газом мини-Нептуном без обитаемой поверхности». Ведущий автор — Николас Воган, научный сотрудник отдела космических наук Исследовательского центра Эймса НАСА. Воган изучает раннюю Землю, а также экзопланеты и астробиологию.
|
|
|
JWST обнаружил в атмосфере K2-18b метан (CH4) и углекислый газ (CO2), а также не обнаружил аммиака. Эти результаты обычно указывают на гейский мир с плотной водородно-гелиевой атмосферой. Но анализ Шорттла и его коллег показал обратное: они заявили, что результаты также могут указывать на существование планеты с магматическим миром. Новая статья Вогана и др. приходит к другому выводу. «… мы предпочитаем интерпретацию мини-Нептуна из-за ее относительной простоты и потому, что для объяснения данных не требуется наличие биосферы или другого неизвестного источника метана», — пишут они. В своей работе исследователи использовали фотохимические и климатические модели для моделирования различных версий K2-18b, включая гицеанские миры и богатый газом мини-Нептун без определенной поверхности. Их работа показывает, что модель богатого газом мини-Нептуна лучше всего соответствует данным.
|
|
|
|
Планетарные атмосферы чрезвычайно сложны, и выяснить, что происходит на таком большом расстоянии, — огромная задача. Ученым необходимо не только знать, какие химические вещества присутствуют (спасибо JWST), но им необходимо понимать все происходящие процессы. Температура и давление в атмосфере играют огромную роль в том, что мы можем видеть и в том, что может оставаться скрытым. Одним из аспектов атмосферы К2-18b является сверхкритичность. Сверхкритическая жидкость — это жидкость, температура и давление которой выше критической точки. Выше этой критической точки не существует ни газовой, ни жидкой фазы. Но давление недостаточно велико, чтобы превратить материал в твердое вещество. Юпитер и Сатурн имеют сверхкритические жидкости глубоко в атмосфере, и они ведут себя совсем иначе, чем жидкости или газы. Это добавляет еще один уровень сложности. У исследователей есть климатические модели, которые как можно лучше отражают всю сложность, и исследователи сравнили результаты JWST с тремя смоделированными экзопланетами: необитаемым миром Гиса, обитаемым миром Гиса и газообразным мини-Нептуном без поверхности.
|
|
|
|
«Учитывая дополнительные препятствия для поддержания стабильного умеренного климата на хайских мирах из-за утечки H2 и потенциальной сверхкритичности на глубине, мы предпочитаем интерпретацию мини-Нептуна из-за ее относительной простоты и потому, что она не нуждается в биосфере или другом неизвестном источнике метана. для объяснения данных», — пишут авторы. Авторы отмечают, что для того, чтобы гийский мир поддерживал содержание метана в атмосфере в 1%, необходим биогенный источник или какой-то другой неизвестный источник. Еще пишут, что если К2-18b — это гипейский мир, то ему будет очень сложно избежать безудержного парникового эффекта и поддерживать стабильную температуру. Авторы отвергают гипотезу Hycean, поскольку она полна проблем. По их мнению, сценарий с газообразным мини-Нептуном лучше соответствует данным и моделям. Они указывают на глубокую атмосферу планеты, чтобы объяснить выводы JWST. «Термохимическое тушение в глубокой атмосфере» может объяснить наличие метана и углекислого газа, обнаруженных JWST, а кинетика в глубокой атмосфере, такая как апвеллинг, может объяснить отсутствие аммиака и угарного газа. Это не будет последнее слово о К2-18b. Данные будут подвергнуты дальнейшему анализу. Поскольку усилия по его пониманию продолжаются, результаты также усилят наши существующие модели атмосферы и климата. Однажды в будущем ученые узнают, как различать экзопланеты. Но пока они все еще это выясняют.
|
|
|
|
Источник
|
