|
Состав поверхности близлежащей суперземли
|
|
|
|
Используя MIRI (прибор среднего инфракрасного диапазона) на борту космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), группа исследователей во главе с бывшим аспирантом MPIA (Институт астрономии Макса Планка, Гейдельберг, Германия) Себастьяном Зиебой (Центр астрофизики Гарварда и Смитсоновского института, Кембридж, США) и Лаурой Крейдберг, Директор MPIA и исследователь PI (главный исследователь) проанализировали состав поверхности каменистой экзопланеты LHS 3844 b.
|
|
|
|
Помимо описания атмосфер экзопланет, такого рода расшифровка геологических свойств планет, вращающихся вокруг далеких звезд, является следующим шагом в раскрытии их природы. Результаты этого исследования опубликованы в журнале Nature Astronomy.
|
|
|
|
Темная и безвоздушная скалистая суперземля
|
|
|
|
LHS 3844 b - это каменистая планета, которая на 30% больше Земли и обращается вокруг холодного красного карлика примерно за 11 часов. Вращаясь всего в трех диаметрах от поверхности звезды-хозяина, планета приливно-отливно привязана к своей орбите. Это означает, что один оборот занимает столько же времени, сколько один оборот вокруг своей оси.
|
|
|
|
В результате одно и то же полушарие LHS 3844 b всегда обращено к своей звезде, создавая постоянную дневную сторону со средней температурой около 1000 Кельвинов (приблизительно 725 градусов по Цельсию или 1340 градусов по Фаренгейту). Система LHS 3844 находится всего в 48,5 световых годах (14,9 парсеков) от Земли.
|
|
|
|
|
|
|
"Благодаря удивительной чувствительности JWST мы можем обнаружить свет, исходящий непосредственно от поверхности этой далекой скалистой планеты. Мы видим темную, горячую, голую скалу, лишенную какой-либо атмосферы", - сказала Лаура Крейдберг, MPIA.
|
|
|
|
Своей темной поверхностью LHS 3844 b может напоминать увеличенную версию Луны или планеты Меркурий. Этот вывод основан на анализе инфракрасного излучения, получаемого с жаркой дневной стороны планеты. Однако при измерении этого излучения мы не можем видеть планету непосредственно; вместо этого мы регистрируем повторяющееся изменение яркости, которое мы получаем от звезды и вращающейся по орбите планеты вместе взятых.
|
|
|
|
МИРИ разделила часть инфракрасного излучения планеты в диапазоне от 5 до 12 микрометров на участки с меньшей длиной волны и измерила яркость для каждого диапазона длин волн. Это то, что астрономы называют спектром - радужным распределением компонентов света. Другие данные, полученные в результате наблюдений с помощью космического телескопа "Спитцер" и опубликованные несколько лет назад, дополнили анализ.
|
|
|
|
Сдерживающая геологическая активность
|
|
|
|
Подобно тому, как наука о климате принесла пользу исследованиям экзопланетной атмосферы, эта развивающаяся область экзопланетной геологии опирается на геологические знания, полученные на Земле. Зиеба, Крейдберг и их коллеги запустили модели и получили доступ к библиотекам образцов горных пород и минералов, известных с Земли, Луны и Марса, чтобы посмотреть, какие инфракрасные сигнатуры они будут создавать в условиях на LHS 3844 b.
|
|
|
|
Сравнение данных, основанных на наблюдениях, с этими расчетами уверенно исключало состав, сравнимый с составом земной коры, обычно богатый силикатами, такими как гранит.
|
|
|
|
Хотя этот результат не вызывает особого удивления — даже в Солнечной системе Земля является единственной планетой с такой корой, — он может раскрыть подробности геологической истории LHS 3844 b. Считается, что землеподобные коры, богатые силикатами, образуются в результате длительного процесса измельчения, который требует тектонической активности и обычно основан на использовании воды в качестве смазочного материала. Скалистый материал постоянно плавится и затвердевает, смешиваясь с мантийным материалом, оставляя на поверхности более легкие минералы.
|
|
|
|
"Поскольку на LHS 3844 b отсутствует такая силикатная кора, можно сделать вывод, что тектоника плит, подобная земной, неприменима к этой планете или она неэффективна", - говорит Себастьян Зиеба. "Скорее всего, на этой планете очень мало воды".
|
|
|
|
Какие выводы мы можем сделать о каменистой поверхности экзопланеты?
|
|
|
|
Вместо этого темная поверхность указывает на состав, напоминающий земной или лунный базальт, или материал мантии Земли. Однако астрономы попытались дать еще более подробную характеристику.
|
|
|
|
Статистический анализ того, насколько хорошо этот спектр соответствует различным минеральным смесям и конфигурациям, показал, что наблюдениям лучше всего соответствуют обширные твердые участки базальта или магматической породы. Они богаты магнием и железом и могут включать оливин. Измельченный материал, такой как камни или гравий, также подходит довольно хорошо, в то время как зерна или порошки не соответствуют наблюдениям из-за их более яркого внешнего вида, по крайней мере, на первый взгляд.
|
|
|
|
Без защитной атмосферы планеты подвергаются космическому выветриванию, вызванному в основном жестким энергетическим излучением звезды-хозяина и ударами метеоритов различных размеров.
|
|
|
|
"Оказывается, эти процессы не только медленно превращают твердые породы в реголит - слой мелких зерен или порошка, который можно найти на Луне", - объясняет Зиеба. "Они также затемняют слой, добавляя железо и углерод, что делает свойства реголита более соответствующими наблюдениям".
|
|
|
|
Геологически свежий или выветрившийся? Два возможных сценария
|
|
|
|
В результате этой оценки астрономы получили два сценария для поверхности планеты, которые одинаково хорошо соответствуют полученным данным. Первый предполагает, что на поверхности преобладают темные твердые породы, состоящие из базальтовых или магматических минералов. По сравнению с геологическими временными рамками, космическое выветривание быстро меняет свои свойства.
|
|
|
|
Таким образом, астрономы приходят к выводу, что в этом случае поверхность должна быть относительно свежей, образовавшейся в результате недавней геологической активности, такой как широко распространенный вулканизм.
|
|
|
|
Второй сценарий также предполагает темную поверхность, сравнимую с поверхностью Луны или Меркурия. Тем не менее, это объясняет длительное космическое выветривание, которое приводит к образованию обширных областей, покрытых слоем потемневшего реголита, мелкодисперсного порошка, также присутствующего на Луне, о чем свидетельствуют знаменитые фотографии следов астронавтов.
|
|
|
|
Этот вариант предполагает более длительные периоды геологической неактивности, что требует условий, противоположных первому сценарию.
|
|
|
|
Предпринята попытка устранить неоднозначность
|
|
|
|
Эти два варианта отличаются друг от друга степенью недавней геологической активности. На Земле и других активных объектах Солнечной системы типичным явлением во время такой активности является выделение газов. Диоксид серы (SO2) - газ, обычно связанный с вулканизмом. Если бы MIRI присутствовала на LHS 3844 b в разумных количествах, она должна была бы быть обнаружена. Тем не менее, она ничего не обнаружила.
|
|
|
|
Таким образом, недавний период активности кажется маловероятным, что заставляет астрономов склоняться ко второму сценарию. Если это так, то LHS 3844 b действительно может быть очень похож на Меркурий.
|
|
|
|
Чтобы проверить свою идею, Зиба, Крейдберг и их коллеги уже используют более прямой подход. Они получили дополнительные данные JWST-наблюдений, которые должны позволить им определить состояние поверхности, используя небольшие различия в том, как твердые плиты и порошки излучают или отражают свет.
|
|
|
|
Распределение углов излучения зависит от шероховатости поверхности, которая влияет на количество излучения, получаемого под данным углом обзора. Эта концепция успешно применяется для характеристики астероидов в Солнечной системе.
|
|
|
|
"Мы уверены, что тот же метод позволит нам прояснить природу коры LHS 3844 b и, в будущем, других каменистых экзопланет", - заключает Крейдберг.
|
|
|
|
Источник
|
