Астрономія
Астрономія

Схожа на Землю екзопланета втратила атмосферу і відновила її завдяки вулканізму

За допомогою даних телескопа «Габбл» дослідники зафіксували атмосферу у схожої на Землю за розмірами і густиною екзопланети GJ 1132 b. Моделювання показало, що ця планета втратила свою первісну водневу і гелієву оболонку та відновила атмосферу внаслідок дегазації магми. Стаття про це готується до публікації у The Astronomical Journal, її препринт доступний на сайті arXiv.org.

Художнє зображення GJ 1132 b. NASA, ESA, and R. Hurt (IPAC/Caltech)

Художнє зображення GJ 1132 b. NASA, ESA, and R. Hurt (IPAC/Caltech)

Як планети втрачають атмосфери?

Видалення первинної газової оболонки планет, що складається з водню та гелію, під дією випромінювання зірки є найбільш ефективним протягом перших 100 мільйонів років життя системи. Цим ефектом дослідники намагаються пояснити розрив у розподілі розмірів екзопланет на коротких орбітах. Так, планети із радіусом від 1,5 до 2 радіусів Землі з такими орбітами є рідкісними. Видалення оболонки лишає оголене ядро, як правило, масою більше 5 мас Землі. Астрономи припускають, що субнептуни, які позбавляються первісної атмосфери, стають суперземлями, які потім нарощують вторинну атмосферу. Для цього необхідне поповнення запасів водню. Дослідження показують, що значна кількість цього елементу з первинної оболонки може розчинятися в океані магми молодих екзопланет. Таким чином, цей механізм створює резервуар леткого матеріалу, який згодом може поповнити атмосферні втрати.

Що аналізували астрономи?

Екзопланета GJ 1132 b має масу 1,66 мас Землі, а її радіус становить 1,16 земних. Таким чином, її середня густина становить 6,3 грами на кубічний сантиметр, що робить її планетою земної групи. Кожні 1,6 днів вона здійснює один оберт навколо холодного червоного карлика. GJ 1132 b має розраховану рівноважну температуру 529 Кельвінів і отримує в 19 ​​разів більше сонячної радіації, ніж Земля. Дослідники проаналізували п’ять спостережень «Габбла» в інфрачервоному спектрі за транзитами цієї планети перед диском свого світила.

Про що вони дізналися?

Якщо припустити, що планета не зазнавала нещодавньої значної орбітальної міграції, то GJ 1132 b втратила свою первісну газову оболонку, але потім відновила атмосферу. Астрономи зафіксували у ній підписи аерозолів, метану та синільної кислоти. Моделювання також показало присутність молекулярного водню. Ця сучасна вторинна атмосфера могла утворитися внаслідок дегазації мантії. Імовірно, цьому сприяв вулканізм, підсилений припливним нагріванням. У результаті гази, які були спочатку розчинені в первинному океані магми, вивільнилися. Також можливо, що леткі речовини в атмосфері могли з’явитися внаслідок бомбардування планети астероїдами і кометами.

Існують і альтернативні теорії пояснення розриву між розмірами надземель і субнептунів. Так, нещодавно астрономи виявили, що між між цими двома типами є різниця від самого народження: якою стане планета, залежить від маси її ядра. Крім того, нещодавно дослідники змоделювали особливий тектонічний режим у надземлі на короткій орбіті. Детальніше про позасонячні планети можна почитати у нашому матеріалі «Що таке екзопланети?»