Астрономы нашли экзопланету с двойной атмосферой

Впервые астрономы с помощью космического телескопа "Хаббл" обнаружили свидетельства вулканической активности на экзопланете, которая чем-то похожа на Землю. По мнению ученых, атмосфера у этой планеты уже вторая по счету. Водород из первоначальной атмосферы был поглощен расплавленной магматической мантией планеты и теперь медленно высвобождается, образуя новую. Статья с результатами исследования подготовлена для публикации в журнале The Astronomical Journal и размещена на сервере препринтов arXiv.org.

GJ 1132, или Глизе 1132 — одиночная звезда красный карлик в созвездии Парусов, находящаяся на расстоянии примерно 40 световых лет от Солнца. В 2015 году у нее нашли планету GJ 1132 b. Она в 1,6 раза больше Земли, а полный годовой оборот совершает всего за 1,6 наших суток. Несколько лет назад у GJ 1132b обнаружили атмосферу, хотя планета находится крайне близко к своей звезде и, по всем расчетам, давно должна была ее растерять.

Американские и британские исследователи во главе с Марком Суэйном (Mark Swain) из Лаборатории реактивного движения (JPL) NASA предложили объяснение этого парадокса.

На основе анализа наблюдений космического телескопа "Хаббл" и компьютерного моделирования эволюции GJ 1132b авторы пришли к выводу, что планета действительно потеряла первоначальную водородно-гелиевую атмосферу еще в первые 100 миллионов лет своего существования, а ее нынешняя атмосфера — вторая по счету, которая, хотя и продолжает рассеиваться в космос, постоянно пополняется из резервуара водорода в мантийной магме.

На то, что атмосфера GJ 1132b имеет вулканическое происхождение, указывает и аномально высокое содержание в ней синильной кислоты — до 0,5 процента. Она богата водородом, цианистым водородом, метаном и аммиаком.

"Эта вторая атмосфера происходит как с поверхности, так и изнутри планеты, поэтому она служит окном в геологию другого мира, — приводятся в пресс-релизе проекта "Хаббл" слова одного из авторов статьи Пола Риммера (Paul Rimmer) из Кембриджского университета. — Чтобы как следует рассмотреть его, нужно проделать еще много работы, но открытие этого окна имеет большое значение".

По мнению авторов, планета GJ 1132b зародилась как мининептун — промежуточный тип между газовыми гигантами и землеподобными планетами. Изначально она обладала толстым слоем водородно-гелиевой атмосферы, которая, однако, была быстро уничтожена интенсивным излучением горячей молодой звезды. За короткое временя GJ 1132b превратилась из газового гиганта типа Нептуна в голое ядро размером с Землю.

"Сначала мы думали, что такие планеты довольно скучные, потому что они потеряли всю свою атмосферу, — говорит еще один участник исследования Раисса Эстрела (Raissa Estrela) из Лаборатории реактивного движения Калифорнийского технологического института в Пасадене. — Но, посмотрев на наблюдения этой планеты "Хабблом", мы поняли, что там есть атмосфера".

В некотором смысле GJ 1132b похожа на Землю: у нее близкие плотность, размеры и возраст — около 4,5 миллиардов лет. Обе планеты начинали с атмосферой с преобладанием водорода, и обе были горячими, прежде чем остыли. Ученые даже предполагают, что GJ 1132 b и Земля имеют одинаковое атмосферное давление у поверхности. Однако истории формирования планет сильно различаются.

"Оказывается, не все планеты земной группы начинают как Земля. Некоторые из них могут образоваться как мининептуны, а затем стать землеподобными благодаря механизму, посредством которого звезда испаряет изначальную атмосферу, — объясняет руководитель исследования Марк Суэйн. — Звезда остывает, а планета остается. Итак, в первые 100 миллионов лет атмосфера испаряется, а затем все успокаивается. И включается механизм, восстанавливающий атмосферу".

Причиной продолжающегося нагрева мантии экзопланеты ученые считают приливный нагрев, когда энергия вращения планеты преобразуется в тепло внутри нее. Ближайший пример такого процесса — спутник Юпитера Ио, где непрерывный вулканизм поддерживается приливным "перетягиванием каната" между Юпитером и соседними спутниками.