Наука

У схожої на Землю планети знайшли другу атмосферу

За даними космічного телескопа Hubble астрономи виявили атмосферу у схожої на Землю за розмірами і щільності екзопланети GJ 1132 b, знаходиться дуже близько біля своєї зірки. Під дією випромінювання зірки планета втратила свою первинну водневу і гелієву оболонку, але потім відновила атмосферу внаслідок дегазації магми і вулканічної діяльності. Це перший випадок виявлення вторинної атмосфери у планети за межами Сонячної системи.

Спектральний склад атмосфери екзопланети GJ 1132 b за даними телескопа Hubble в інфрачервоному діапазоні. NASA/ ESA/ STScI.Спектральний склад атмосфери екзопланети GJ 1132 b за даними телескопа Hubble в інфрачервоному діапазоні.

NASA/ ESA/ STScI.У 2015 році в системі зірки — червоного карлика в сузір’ї Вітрил (Vela) на відстані 41 світловий рік за допомогою транзитного методу була відкрита екзопланета земного типу GJ 1132 b. Позначення GJ відсилає до каталогу Глізе (Gliese) ближніх зірок на відстані до 20 парсек.

Таке близьке відстань зробило можливим виявлення і більш детальне дослідження атмосфери планети. У 2021 році в атмосфері планети знайшли сполуки, що вказують на вторинну атмосферу, яку планета може придбати після розсіювання первинної атмосфери з водню і гелію — ймовірно, такий шлях пройшла Земля.Vela (сузір’я Вітрил) і система GJ 1132.

Vela (сузір’я Вітрил) і система GJ 1132.Батьківська зірка GJ 1132 відноситься до класу M4.5, вона в два рази холодніше Сонця і в п’ять разів менше його в діаметрі.

В її системі є й інші планети, але підтверджена поки тільки ще одна, GJ 1132 c. Екзопланета b має масу 1,66 M⨁ (мас Землі), а радіус — 1,16 земних. Це дозволяє віднести її до планет земної групи, тобто до кам’янистих планет з середньою щільністю приблизно як у речовини Землі (6,3 г/см3).

Оборот навколо своєї зірки планета робить за 1,6 дня і знаходиться від неї на відстані 2,3 мільйона кілометрів — набагато ближче, ніж Меркурій по відношенню до Сонця. Розрахована рівноважна температура планети GJ 1132 b становить 529 K, і вона отримує в 19 разів більше випромінювання від зірки порівняно з Землею. Ймовірно, з-за близького розташування до зірки екзопланета знаходиться в приливному захопленні, як Місяць (одна сторона планети постійно звернена до своєї зірки).

Астрофізики проаналізували п’ять циклів спостережень «Хаббла» в інфрачервоному спектрі з транзиту планети перед диском її зірки. Нове дослідження в квітні 2021 року опубліковано в The Astronomical Journal.Властивості цієї екзопланети поміщають її в «пустелю субнептунов» — область поблизу зірки, де практично ніколи не виявляють планети з масами 1,5-2 маси Землі, що мають атмосферу.

Випромінювання від зірки на таких невеликих відстанях має здувати газову оболонку планети за короткий час, тому відкриття планети з атмосферою незвичайного складу в цій області привернуло увагу. Відносна близькість цієї зоряної системи в майбутньому дозволить вивчити не тільки склад, але і інші властивості атмосфери, включаючи її «троянду вітрів».Розподіл екзопланет по радіусу і відстані від зірки і «пустеля нептунов».

Розподіл екзопланет по радіусу і відстані від зірки і «пустеля нептунов».Пустеля нептунов — це «заборонна» область в просторі параметрів відкритих екзопланет, в якій практично відсутні об’єкти в порівнянні з сусідніми густонаселеними ділянками. Цю область видно, якщо нанести відомі планети на діаграму, на осях якої відкладається відстань (або період обертання навколо зірки) і маса або радіус планети.

Серед кількох тисяч екзопланет з відомою масою практично не зустрічаються з періодом обігу планети навколо зірки порядку декількох земних днів і легше Нептуна (але відчутно важче Землі). У той же час «гарячі Юпітери», тобто планети на таких самих близьких відстанях, але з масою, як у Юпітера, відкривають в неабиякій кількості. Фізичний механізм такої лакуни неясний, передбачається, що це може бути пов’язано з різними шляхами освіти кам’яних і газових планет в безпосередній близькості від зірки.

За даними космічного телескопа Hubble вдалося визначити склад атмосфери у Gliese 1132 b. Атмосферу у екзопланет досліджували і раніше, але мова йшла про первинній атмосфері газових гігантів — «гарячих Юпітерів» і «Нептунов». Порівняно нещодавно астрономи навчилися досліджувати і зовнішні оболонки кам’яних планет класу «Суперземель».

У планети GJ1132b з 2017 року відразу кілька дослідницьких груп знаходили атмосферу, причому різного складу. Кожен раз аналізували ті ж дані по п’яти циклів спостережень Hubble за транзитами планети, але інтерпретації були суперечливі. Мабуть, в атмосфері планети переважає водень (99%).

Залишився 1% припадає на високомолекулярні гази. Так, з характерним лініям в інфрачервоному спектрі вдалося виділити сигнатури ціаністого водню (синильної кислоти HCN), метану CH4 і аерозолів. Моделювання також показує присутність в атмосфері молекулярного водню.

Атмосфери Титана, Землі і «Суперземли» GJ 1132 b. NASA/JPL-Caltech.Атмосфери Титана, Землі і «Суперземли» GJ 1132 b.

NASA/JPL-Caltech.Передбачається, що спочатку планета сформувалася як субнептун — небесне тіло з невеликою кам’яною ядром і масивної воднево-гелієвої атмосферою. Планета могла потім мігрувати ближче до своєї зірки, яка позбавила її цієї первинної газової оболонки, перетворивши в кам’яну планету класу Суперземли.

Водень первинної атмосфери міг частково повністю присвятити свій час розплавленої мантією, і згодом — за рахунок дегазації останньої — атмосфера планети відновилася. Ймовірно, цьому процесу сприяв вулканізм, посилений нагріванням з-за приливних сил. В результаті звільнялися гази, спочатку розчинені в первинному океані магми.

Також можливо, що деякі летючі речовини в атмосфері могли з’явитися в результаті бомбардування поверхні планети кометами і астероїдами.Теорія припускає, що планети можуть при деяких умовах нарощувати вторинну атмосферу (свого часу це сталося на Землі). Знищення первинної газової оболонки планет з водню і гелію під дією випромінювання зірки відбувається найбільш інтенсивно в перші 100 мільйонів років життя системи.

Цим механізмом намагаються пояснити розрив у розподілі екзопланет за розмірами на коротких орбітах, тобто «пустелю Нептунов». Так, планети з радіусом від 1,5 до 2 земних на таких орбітах зустрічаються дуже рідко. Видалення планетної оболонки залишає у неї тільки ядро, як правило, з масою, більшою 5 мас Землі.

Астрономи припускають, що субнептуны, позбавлені первинної атмосфери, стають суперземлями, які потім нарощують вторинну атмосферу, використовуючи магматичний океан як резервуар летючого матеріалу. GJ1132b — перший випадок можливого виявлення такого механізму в екзопланети. У цьому випадку з’являється можливість дослідження не тільки атмосфери небесного тіла, але і його складу магми, тобто геологічної будови.

Система GJ 1132 в інтерактивному каталозі екзопланет NASA.Система GJ 1132 в інтерактивному каталозі екзопланет NASA.Підготовка матеріалу — Сергій Шапіро, XX2 СТОЛІТТЯ.
Вас можуть зацікавити наші статті про астрономію.

Related posts

Leave a Comment