- 26,528
- 46
- 8 Ноя 2022
Астрономы впервые прощупали поверхность экзопланеты LHS 3844 b.
Звёздный свет обычно мешает разглядеть каменистую экзопланету , но LHS 3844 b выдала себя теплом. Космический телескоп Уэбб поймал инфракрасное излучение раскалённой дневной стороны планеты и позволил учёным заглянуть не в атмосферу, а прямо на поверхность далёкого каменного мира. Анализ показал мрачную картину: перед астрономами, вероятно, горячая, тёмная и безвоздушная скала, больше похожая на увеличенный Меркурий или Луну, чем на Землю.
LHS 3844 b находится всего в 48,5 светового года от Земли и обращается вокруг холодного красного карлика. Планета примерно на 30% крупнее Земли, но условия на поверхности не оставляют шансов на привычную геологическую мягкость. Один оборот вокруг звезды занимает около 11 часов, а расстояние до светила составляет всего около трёх звёздных диаметров. Из-за приливной блокировки одна сторона LHS 3844 b постоянно смотрит на звезду, поэтому дневное полушарие разогревается примерно до 1000 кельвинов, или около 725 градусов Цельсия.
Команда под руководством Себастиана Цибы из Центра астрофизики Гарварда и Смитсоновского института и Лауры Крайдберг из Института астрономии Макса Планка изучила планету с помощью прибора MIRI на борту телескопа Джеймса . MIRI работает в среднем инфракрасном диапазоне и улавливает тепловое излучение. Астрономы не видят LHS 3844 b как отдельный шар рядом со звездой. Вместо прямой картинки прибор фиксирует, как меняется суммарная яркость системы, когда планета движется по орбите и её горячая сторона то сильнее, то слабее добавляет собственное тепло к свету звезды.
MIRI разделил инфракрасное излучение дневной стороны на участки от пяти до 12 микрометров и измерил яркость в каждом диапазоне. Такой набор данных называют спектром: прибор раскладывает тепловой свет на компоненты и показывает, какие материалы могли его излучить. К анализу добавили более раннюю точку наблюдений телескопа «Спитцер», чтобы уточнить форму спектра и проверить разные варианты состава поверхности.
Дальше началась уже не классическая астрономия атмосферы, а молодая геология экзопланет. Исследователи взяли библиотеки минералов и горных пород, известных по Земле, Луне и Марсу, затем рассчитали, как материалы выглядели бы в инфракрасном диапазоне при условиях LHS 3844 b. Наблюдения уверенно исключили земноподобную кору, богатую силикатами вроде гранита.
Для Земли гранитная кора привычна, но в масштабе планет Солнечной системы скорее исключительна. Подобная кора обычно требует долгой переработки пород: материал мантии многократно плавится, застывает, смешивается и снова разделяется, а более лёгкие минералы постепенно накапливаются ближе к поверхности. На Земле процесс связан с тектоникой плит, а вода помогает плитам двигаться и снижает трение. Отсутствие похожей коры на LHS 3844 b намекает, что земная тектоника плит там не работает или почти не влияет на поверхность. Ещё один вывод следует из этой же логики: воды на планете, вероятно, очень мало.
Лучше всего к данным подошли тёмные породы, похожие на базальт, магматические породы или материал земной мантии. Подходящие смеси богаты магнием и железом, а среди возможных минералов фигурирует оливин. Сплошные участки твёрдого базальта или лавовой породы дают хороший спектральный результат. Дроблёный материал вроде щебня и каменной крошки тоже не противоречит данным, а вот светлые зёрна и порошок сначала выглядели хуже: мелкая пыль обычно отражает и излучает иначе, чем тёмная плотная скала.
Однако без атмосферы поверхность планеты постоянно бомбардируют жёсткое излучение звезды и удары метеоритов. Космическое выветривание постепенно перемалывает твёрдые породы в реголит - слой мелких частиц, похожий на лунную пыль. Одновременно излучение и удары меняют химические свойства верхнего слоя: железо и углерод затемняют материал, поэтому даже рыхлый реголит может стать ближе к наблюдаемому спектру LHS 3844 b.
После расчётов у астрономов остались два рабочих сценария. Первый предполагает относительно свежую поверхность из тёмного базальта или магматических пород. Космическое выветривание меняет открытые породы быстро по геологическим меркам, поэтому свежая твёрдая поверхность потребовала бы недавней активности, например масштабного вулканизма. При таком варианте планета могла сравнительно недавно обновить дневное полушарие лавой.
Второй сценарий спокойнее и ближе к Меркурию или Луне . Поверхность могла долго оставаться геологически неподвижной, а звёздное излучение и метеоритные удары успели покрыть большие области тёмным реголитом. На Луне похожий мелкий слой хорошо знаком по следам астронавтов: пыль держит отпечатки, потому что атмосфера и жидкая вода не разрушают их привычными для Земли способами. Для LHS 3844 b аналогичный слой мог стать главным объяснением тёмного инфракрасного сигнала.
Разделить версии помогает вулканический газ. Если на LHS 3844 b недавно шли мощные извержения, активность могла выбросить сернистый газ, прежде всего диоксид серы. MIRI должен был заметить заметные количества SO₂, но прибор не нашёл такого следа. Отсутствие сигнала ослабляет версию с недавним вулканизмом, поэтому исследователи склоняются к варианту старой, выветренной поверхности.
Точка в споре пока не поставлена. Команда уже получила дополнительные наблюдения телескопа Уэбба и хочет проверить поверхность более прямым способом. Твёрдая плита и порошкообразный слой по-разному излучают и отражают свет под разными углами. Шероховатость поверхности меняет распределение тепла, которое доходит до телескопа при разном положении планеты на орбите. Подобный подход уже применяют при изучении астероидов в Солнечной системе, а теперь метод должен помочь уточнить, покрыта ли LHS 3844 b цельной тёмной породой или слоем древнего реголита.
Звёздный свет обычно мешает разглядеть каменистую экзопланету , но LHS 3844 b выдала себя теплом. Космический телескоп Уэбб поймал инфракрасное излучение раскалённой дневной стороны планеты и позволил учёным заглянуть не в атмосферу, а прямо на поверхность далёкого каменного мира. Анализ показал мрачную картину: перед астрономами, вероятно, горячая, тёмная и безвоздушная скала, больше похожая на увеличенный Меркурий или Луну, чем на Землю.
LHS 3844 b находится всего в 48,5 светового года от Земли и обращается вокруг холодного красного карлика. Планета примерно на 30% крупнее Земли, но условия на поверхности не оставляют шансов на привычную геологическую мягкость. Один оборот вокруг звезды занимает около 11 часов, а расстояние до светила составляет всего около трёх звёздных диаметров. Из-за приливной блокировки одна сторона LHS 3844 b постоянно смотрит на звезду, поэтому дневное полушарие разогревается примерно до 1000 кельвинов, или около 725 градусов Цельсия.
Команда под руководством Себастиана Цибы из Центра астрофизики Гарварда и Смитсоновского института и Лауры Крайдберг из Института астрономии Макса Планка изучила планету с помощью прибора MIRI на борту телескопа Джеймса . MIRI работает в среднем инфракрасном диапазоне и улавливает тепловое излучение. Астрономы не видят LHS 3844 b как отдельный шар рядом со звездой. Вместо прямой картинки прибор фиксирует, как меняется суммарная яркость системы, когда планета движется по орбите и её горячая сторона то сильнее, то слабее добавляет собственное тепло к свету звезды.
MIRI разделил инфракрасное излучение дневной стороны на участки от пяти до 12 микрометров и измерил яркость в каждом диапазоне. Такой набор данных называют спектром: прибор раскладывает тепловой свет на компоненты и показывает, какие материалы могли его излучить. К анализу добавили более раннюю точку наблюдений телескопа «Спитцер», чтобы уточнить форму спектра и проверить разные варианты состава поверхности.
Дальше началась уже не классическая астрономия атмосферы, а молодая геология экзопланет. Исследователи взяли библиотеки минералов и горных пород, известных по Земле, Луне и Марсу, затем рассчитали, как материалы выглядели бы в инфракрасном диапазоне при условиях LHS 3844 b. Наблюдения уверенно исключили земноподобную кору, богатую силикатами вроде гранита.
Для Земли гранитная кора привычна, но в масштабе планет Солнечной системы скорее исключительна. Подобная кора обычно требует долгой переработки пород: материал мантии многократно плавится, застывает, смешивается и снова разделяется, а более лёгкие минералы постепенно накапливаются ближе к поверхности. На Земле процесс связан с тектоникой плит, а вода помогает плитам двигаться и снижает трение. Отсутствие похожей коры на LHS 3844 b намекает, что земная тектоника плит там не работает или почти не влияет на поверхность. Ещё один вывод следует из этой же логики: воды на планете, вероятно, очень мало.
Лучше всего к данным подошли тёмные породы, похожие на базальт, магматические породы или материал земной мантии. Подходящие смеси богаты магнием и железом, а среди возможных минералов фигурирует оливин. Сплошные участки твёрдого базальта или лавовой породы дают хороший спектральный результат. Дроблёный материал вроде щебня и каменной крошки тоже не противоречит данным, а вот светлые зёрна и порошок сначала выглядели хуже: мелкая пыль обычно отражает и излучает иначе, чем тёмная плотная скала.
Однако без атмосферы поверхность планеты постоянно бомбардируют жёсткое излучение звезды и удары метеоритов. Космическое выветривание постепенно перемалывает твёрдые породы в реголит - слой мелких частиц, похожий на лунную пыль. Одновременно излучение и удары меняют химические свойства верхнего слоя: железо и углерод затемняют материал, поэтому даже рыхлый реголит может стать ближе к наблюдаемому спектру LHS 3844 b.
После расчётов у астрономов остались два рабочих сценария. Первый предполагает относительно свежую поверхность из тёмного базальта или магматических пород. Космическое выветривание меняет открытые породы быстро по геологическим меркам, поэтому свежая твёрдая поверхность потребовала бы недавней активности, например масштабного вулканизма. При таком варианте планета могла сравнительно недавно обновить дневное полушарие лавой.
Второй сценарий спокойнее и ближе к Меркурию или Луне . Поверхность могла долго оставаться геологически неподвижной, а звёздное излучение и метеоритные удары успели покрыть большие области тёмным реголитом. На Луне похожий мелкий слой хорошо знаком по следам астронавтов: пыль держит отпечатки, потому что атмосфера и жидкая вода не разрушают их привычными для Земли способами. Для LHS 3844 b аналогичный слой мог стать главным объяснением тёмного инфракрасного сигнала.
Разделить версии помогает вулканический газ. Если на LHS 3844 b недавно шли мощные извержения, активность могла выбросить сернистый газ, прежде всего диоксид серы. MIRI должен был заметить заметные количества SO₂, но прибор не нашёл такого следа. Отсутствие сигнала ослабляет версию с недавним вулканизмом, поэтому исследователи склоняются к варианту старой, выветренной поверхности.
Точка в споре пока не поставлена. Команда уже получила дополнительные наблюдения телескопа Уэбба и хочет проверить поверхность более прямым способом. Твёрдая плита и порошкообразный слой по-разному излучают и отражают свет под разными углами. Шероховатость поверхности меняет распределение тепла, которое доходит до телескопа при разном положении планеты на орбите. Подобный подход уже применяют при изучении астероидов в Солнечной системе, а теперь метод должен помочь уточнить, покрыта ли LHS 3844 b цельной тёмной породой или слоем древнего реголита.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
