Увеличенная копия Луны: астрономы впервые определили состав поверхности каменистой экзопланеты за пределами Солнечной системы
Космический телескоп «Джеймс Уэбб» впервые позволил астрономам напрямую определить состав поверхности каменистой экзопланеты за пределами Солнечной системы. Команда ученых под руководством Себастьяна Зиебы (Центр астрофизики Гарварда и Смитсоновского института) и Лауры Крейдберг (Институт астрономии Макса Планка) изучила суперземлю LHS 3844 b и пришла к выводу, что она представляет собой темный, лишенный атмосферы скалистый шар, напоминающий увеличенную версию Луны или Меркурия. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Astronomy.
LHS 3844 b — это каменистая планета примерно на 30 % крупнее Земли, расположенная в 48,5 световых годах от нас. Она обращается вокруг холодного красного карлика на сверхкоротком расстоянии — полный виток занимает около 11 часов. Из-за столь тесного соседства планета находится в приливном захвате: к звезде всегда обращена одна и та же сторона, которая постоянно раскалена. Средняя температура дневного полушария составляет около 725 °C (1000 К). Еще в 2019 году наблюдения космического телескопа «Спитцер» показали, что тепло почти не переносится на ночную сторону — это стало первым серьезным свидетельством отсутствия у LHS 3844 b плотной атмосферы.
Исследование, выполненное с помощью прибора среднего инфракрасного диапазона MIRI на борту «Уэбба», позволило получить тепловой спектр планеты в диапазоне от 5 до 12 микрометров. Для этого инструмент зафиксировал три вторичных затмения — моменты, когда LHS 3844 b скрывалась за звездой. Измеряя изменение общего блеска системы, астрономы выделили инфракрасное излучение, исходящее непосредственно от раскаленной дневной стороны планеты. Полученный спектр оказался практически лишен характерных особенностей — «плоским» и темным. Такая картина лучше всего согласуется с поверхностью, сложенной темными вулканическими породами с низким содержанием кремнезема, такими как базальт или богатые оливином минералы. Спектр однозначно исключает присутствие свежих мелкодисперсных порошков — они выглядели бы значительно ярче в среднем инфракрасном диапазоне.
Чтобы интерпретировать наблюдения, исследователи сопоставили данные с лабораторными спектрами десятков минералов и горных пород, известных на Земле, Луне и Марсе. Сравнение уверенно отвергло состав, аналогичный континентальной коре Земли — богатый кремнеземом материал вроде гранита. На Земле такая кора формируется благодаря длительным процессам тектонической переработки, требующим участия воды. По словам Себастьяна Зиебы, отсутствие коры земного типа указывает на то, что на LHS 3844 b либо никогда не действовала тектоника плит, либо ее эффект был ничтожен, а сама планета, скорее всего, содержит крайне мало воды.
По итогам экспертной проверки исследователи остановились на двух равнозначных версиях геологического строения планеты. Первая предполагает сравнительно молодую поверхность из темного базальта или магматических пород, обновленную недавним вулканизмом. В космических условиях такая поверхность быстро темнеет под действием жесткого излучения звезды и микрометеоритной бомбардировки, поэтому, если бы она действительно состояла из свежих массивных скал, это требовало бы геологически недавнего обновления. Вторая модель рассматривает древнюю, длительное время неактивную поверхность, покрытую потемневшим реголитом — тонкой пылью, похожей на лунную. Космическое выветривание не только измельчает породу, но и насыщает ее железом и углеродом, делая темнее и лучше согласуясь с наблюдениями.
Ключевым аргументом в пользу второго сценария стало отсутствие в спектре следов вулканических газов. Прибор MIRI не обнаружил диоксида серы — типичного индикатора активного вулканизма, — установив верхний предел его содержания на уровне 10 микробар. Концентрация углекислого газа также ограничена 100 миллибарами. Эти цифры свидетельствуют о том, что планета не выделяет газы в сколько-нибудь заметных количествах, а значит, недавней вулканической активности на ней не было. Таким образом, исследователи склоняются к картине древнего, геологически «мертвого» мира, поверхность которого миллиарды лет подвергалась космической эрозии.
Данная работа является важной вехой для зарождающейся области «экзопланетной геологии». Возможность дистанционно изучать минеральный состав каменистых планет открывает путь к сравнительному анализу их эволюции, тектонической истории и потенциала для поддержания жизни. Следующим шагом команды станет анализ дополнительных наблюдений «Уэбба», которые позволят по угловому распределению отраженного света различить массивные скалы и порошкообразный реголит — методику, уже успешно применяемую для изучения астероидов в Солнечной системе.
Источник:phys.org
