Лавовые миры в космосе могут помочь людям лучше понять огненное прошлое Земли

На сегодня обнаружено, что практически половина всех известных каменистых экзопланет способны удерживать магму на своей поверхности, возможно, из-за того, что они находятся в крайней близости к своим звездам-родителям и завершают свой оборот вокруг них менее чем за 10 дней. Эта близость подвергает планеты суровому воздействию природных факторов и поднимает температуру на их поверхности до крайних значений, делая их почти непригодными для жизни, как мы ее знаем сегодня.

Фото: openverse

В новом исследовании учёные представили данные, указывающие на то, что эти бурные расплавленные океаны существенно влияют на наблюдаемые характеристики горячих каменистых суперземель, таких как их размер и процессы эволюции.

Недавно опубликованное исследование, показало, что из-за экстремальной сжимаемости лавы океаны магмы могут привести к тому, что каменистые планеты без атмосферы становятся немного плотнее, чем их собратья аналогичного размера, а также могут влиять на структуру их мантий, толстых внутренних слоев, окружающих ядро планеты.

"Лавовые миры — это очень необычные и интересные объекты, и с учётом нашего текущего метода обнаружения экзопланет, они становятся более актуальными", — сообщила главный автор исследования и аспирант астрономии из Университета штата Огайо Кирстен Боули.

Исследования вуза направлены на понимание важных компонентов, делающих экзопланеты уникальными, и на исследование того, как эти компоненты могут изменяться, особенно в случае лавовых миров, где температуры могут изменить всю их природу.

Одним из самых известных представителей этих загадочных горячих миров является 55 Cancri e, экзопланета, находящаяся на расстоянии примерно 41 светового года от Земли. Учёные описывают её как место, где сочетаются сверкающее небо и бурлящие лавовые моря.

В нашей Солнечной системе есть объекты, такие как спутник Юпитера Ио, проявляющие чрезвычайную вулканическую активность, но в нашей части космоса нет подобных лавовых миров, которые можно было бы ближе изучить. Несмотря на это, исследование того, как состав магматических океанов влияет на эволюцию других планет, в частности, на то, как долго они остаются расплавленными, и по каким причинам остывают, способно помочь нам лучше понять историю Земли и её огненное прошлое.

"Когда планеты первоначально формируются, особенно каменистые планеты подобные Земле, они проходят стадию магматического океана по мере остывания. Поэтому лавовые миры могут дать нам представление о том, что могло произойти в эволюции практически любой каменистой планеты", — сказал Боули.

Используя программное обеспечение для моделирования внутренних структур экзопланеты Exoplex и данные, полученные в предыдущих исследованиях, ученые разработали несколько сценариев эволюции каменистой планеты с поверхностными температурами от 2600 до 3860 градусов по Фаренгейту, что соответствует точке плавления мантии, когда она переходит из твердого состояния в жидкое. Из созданных моделей исследователи смогли выделить три основных формы мантии планет: полностью расплавленная мантия, мантия с магматическим океаном на поверхности и мантия в виде "сэндвича", включающая магматический океан на поверхности, слой твердой породы в середине и еще один слой расплавленной магмы, ближе к ядру планеты.

Результаты исследования указывают на то, что мантии с магматическими океанами на поверхности и в форме "сэндвича" встречаются чаще, чем полностью расплавленные мантии. В зависимости от состава магматических океанов некоторые экзопланеты без атмосферы лучше, чем другие, улавливают летучие элементы, такие как кислород и углерод, необходимые для формирования атмосферы, в течение миллиардов лет.

Например, установлено, что каменистая планета базального магматического класса, четыре раза массивнее Земли, способна удерживать в себе более чем в 130 раз больше воды, чем на Земле, и примерно в 1000 раз больше углерода, присутствующего на поверхности и коре Земли.

"Когда мы говорим об эволюции планеты и ее потенциальной способности поддерживать жизнь, способность удерживать разнообразные летучие элементы внутри своей мантии может иметь серьезные последствия для обитаемости", — отметил Боули.

Лавовые планеты далеки от того, чтобы быть пригодными для жизни, но важно понимать процессы, которые могут привести к их обитаемости. Это исследование также указывает на то, что измерение плотности не является наилучшим способом характеризации этих миров, по сравнению с каменистыми экзопланетами, так как океан магмы не сильно влияет на плотность планеты.

Вместо этого исследователи рекомендуют сосредоточить внимание на других параметрах, таких как колебания поверхностной гравитации, чтобы более точно оценить эти лавовые миры и использовать полученные данные для более крупных исследований в области планетарной науки.

"Это исследование, сочетающее геологию и астрономию, открывает новые увлекательные вопросы о лавовых мирах", — заключил Боули.

Исследование было поддержано Национальным научным фондом, а среди соавторов также были учёные из Университета штата Огайо и Юго-Западного исследовательского института.