Среди самых экстремальных планет, обнаруженных за пределами нашей солнечной системы, есть лавовые планеты: огненно-горячие миры, которые вращаются так близко от своей звезды, что некоторые их части, вероятно, представляют собой океаны расплавленной лавы. По словам ученых из Университета Макгилла, Йоркского университета и Индийского института научного образования, атмосфера и погодный цикл одной такой экзопланеты еще более странный, он включает в себя испарение и осаждение камней, сверхзвуковые ветры, которые бушуют со скоростью более 5000 км/ч, и океан магмы глубиной 100 км.
В исследовании, опубликованном в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, ученые используют компьютерное моделирование для предсказания условий на K2-141b, экзопланете размером с Землю. Поверхность, океан и её атмосфера состоят из одних и тех же ингредиентов: горных пород. Экстремальная погода, предсказанная их анализом, может со временем навсегда изменить поверхность и атмосферу K2-141b.
«Это первое исследование, которое делает прогнозы о погодных условиях на K2-141b, которые могут быть обнаружены с расстояния в сотни световых лет с помощью телескопов следующего поколения, таких как космический телескоп Джеймса Уэбба», — говорит ведущий автор Джианг Нгуен, аспирант в Йоркского университета, который работал над исследованием под руководством профессора Университета Макгилла Николаса Коуэна.
На двух третьих экзопланеты постоянно день
Анализируя схему освещения экзопланеты, команда обнаружила, что около двух третей K2-141b постоянно освещается дневным светом, там не наступает ночь как у нас на Земле. Планета принадлежит к группе скалистых и вращающихся очень близко к своей звезде. Эта близость удерживает экзопланету на месте с помощью гравитации, это значит, что одна и та же сторона всегда обращена к звезде.
Ночная сторона испытывает низкие температуры ниже -200 C. Дневная сторона экзопланеты, по оценкам, +3000 C, достаточно горячая, чтобы не только плавить камни, но и испарять их, в конечном итоге создавая тонкую атмосферу в некоторых областях.
«Наше открытие означает, что атмосфера немного выходит за пределы океана магмы, что упрощает ее обнаружение с помощью космических телескопов», — говорит Николас Коуэн, профессор кафедры наук о Земле и планетах Университета Макгилла.
Как круговорот воды на Земле, только с камнями
Примечательно, что атмосфера каменного пара, созданная из-за сильной жары, подвергается осадкам. Подобно круговороту воды на Земле, когда вода испаряется, поднимается в атмосферу, конденсируется и выпадает обратно в виде дождя, то же самое происходит с натрием, монооксидом кремния и диоксидом кремния на K2-141b. На Земле дождь стекает обратно в океаны, где он снова испаряется, и круговорот воды повторяется. На K2-141b минеральный пар, образованный испарившимися камнями, уносится сверхзвуковыми ветрами на холодную ночную сторону, и камни «проливаются» в океан магмы. В результате потоки текут обратно на жаркую дневную сторону экзопланеты, где камни снова испаряются.
Тем не менее, цикл на K2-141b не такой стабильный, как на Земле, говорят ученые. Обратный поток магматического океана на дневную сторону является медленным, и в результате они предсказывают, что минеральный состав со временем изменится, что в конечном итоге изменит саму поверхность и атмосферу K2-141b.
«Все каменистые планеты, включая Землю, начинались как раскаленные миры, но затем быстро охлаждались и затвердевали. Лавовые планеты дают нам редкую возможность заглянуть в эту стадию планетарной эволюции», — говорит профессор Коуэн из Департамента наук о Земле и планетах.
Следующим шагом будет проверка правильности этих прогнозов, говорят ученые. Теперь у команды есть данные космического телескопа Спитцера, которые должны дать им первое представление о дневных и ночных температурах экзопланеты. С запуском космического телескопа Джеймса Уэбба в 2021 году они также смогут проверить, ведет ли атмосфера себя так, как предполагалось.
