JWST впервые изучает поверхность экзопланеты земного типа - Сказание о Космосе

Космический телескоп Джеймса Уэбба только что преодолел новую границу. Впервые он непосредственно охарактеризовал поверхность экзопланеты земного типа, не прибегая к анализу атмосферы. Цель: LHS 3844 b, суперземля на расстоянии 50 световых лет от нас. То, что JWST там обнаружил, не имеет ничего гостеприимного. Темный, горячий камень без атмосферы. Огромная Луна, вращающаяся вокруг холодной звезды.

~50 св Дистанция LHS 3844 b от Земли

+30% На 30% больше Земли по радиусу

~725°C Температура дневной стороны, постоянно подвергающейся воздействию

1-й раз Прямое изучение поверхности экзопланеты земного типа

LHS 3844 b: что мы знали до JWST

Суперземля, зафиксированная на своей звезде

LHS 3844 b вращается вокруг холодной красной карликовой звезды с периодом орбиты всего 11 часов. Эта экстремальная близость имеет немедленные последствия: планета находится в синхронном вращении, как наша Луна с Землей. Одна сторона постоянно обращена к звезде, другая — в постоянной темноте и холоде, близком к абсолютному нулю.

Перед новыми наблюдениями JWST астрономы уже имели некоторые подсказки. Данные с космического телескопа Спитцер указывали на темную поверхность и отсутствие плотной атмосферы. Но Спитцер не позволял углубиться дальше. Чувствительность JWST, особенно его инструмента MIRI, радикально меняет то, что можно измерить.

Что такое суперземля?

Суперземля — это каменистая планета, более массивная, чем Земля, но менее массивная, чем газовый гигант, такой как Нептун. Они являются одними из самых распространенных типов планет в нашей галактике. Некоторые могут иметь океаны, атмосферу или условия, благоприятные для жизни. Но многие, такие как LHS 3844 b, оказываются враждебными, горячими и стерильными мирами.

Что измерил JWST: мировая премьера

Чтение тепла с поверхности на расстоянии 50 световых лет

Использованная техника называется вторичным затмением. Когда LHS 3844 b проходит за своей звездой, комбинированный свет системы немного уменьшается. Вычитая свет только от звезды, мы получаем вклад планеты. Этот крошечный сигнал в среднем инфракрасном диапазоне несет термическую подпись поверхности.

JWST измерил этот сигнал с помощью MIRI на нескольких последовательных затмениях. Анализируя, как распределяется тепло и на каких длинах волн, астрономы смогли ограничить состав поверхности. Результат однозначен: поверхность темная, сильно поглощает звездное излучение и соответствует базальту, как океаническое дно Земли или поверхность Луны. Никакой коры из легких силикатов, как на континентах Земли, не обнаружено.

«Благодаря исключительной чувствительности JWST мы можем обнаружить свет, исходящий непосредственно с поверхности этой далекой каменистой планеты. Мы видим темный, горячий, сухой камень, лишенный какой-либо атмосферы.»

Лаура Крейдберг, Институт Макса Планка по астрономии, главный исследователь

Почему отсутствие атмосферы — это сильное заключение

Если бы у LHS 3844 b была атмосфера, даже тонкая, она перераспределяла бы тепло между дневной и ночной сторонами. Мы бы наблюдали меньший тепловой контраст между двумя полушариями. Но это не то, что измерил JWST. Дневная сторона горяча, около 725°C, ночная сторона близка к абсолютному нулю. Этот резкий разрыв подтверждает, что никакой значительной атмосферы, перераспределяющей тепло, нет.

Кроме того, не было обнаружено никаких вулканических газов, таких как диоксид серы или водяной пар. Даже умеренная вулканическая активность могла бы поддерживать тонкую атмосферу. Отсутствие любого атмосферного сигнала укрепляет вывод: LHS 3844 b — это голый мир, непосредственно подвергнутый космическому излучению и энергетическим частицам своей звезды.

Новая дисциплина: геология экзопланет

От типа атмосферы к типу породы

Этот результат открывает новую научную территорию. До сих пор изучение экзопланет с помощью спектроскопии по передаче заключалось в анализе их атмосферы, когда таковая имелась. С LHS 3844 b JWST доказывает, что возможно говорить о составе поверхности для планеты на расстоянии 50 световых лет. Это экзопланетная геология, дисциплина, которая не существовала еще несколько лет назад.

Различие между базальтом и силикатной корой не случайно. На Земле оба типа сосуществуют: океаническое дно базальтовое, континенты богаты легкими силикатами. Эта сегрегация является результатом миллиардов лет тектоники плит, частичного плавления мантии и переработки коры. LHS 3844 b, с его полностью базальтовой поверхностью, скорее напоминает геологически застывшую планету или объект без тектонической истории. Ближе к большой Луне, чем ко второй Земле.

Что это меняет для поиска обитаемых планет

LHS 3844 b не является кандидатом на жизнь. Но техника, разработанная для его изучения, может быть применена к более многообещающим целям. Если JWST может ограничить состав поверхности каменистой планеты без атмосферы на расстоянии 50 световых лет, он сможет сделать то же самое для планет, находящихся в обитаемой зоне своей звезды. Таким образом, можно будет определить, есть ли у этих миров активная геология, дифференцированная кора, условия, которые могут позволить наличие жидкой воды на поверхности. LHS 3844 b — это первая страница новой главы астрономии.