В исследовании, опубликованном в Monthly Notices Королевского астрономического общества, ученые используют компьютерное моделирование для прогнозирования условий на K2-141b, экзопланете размером с Землю, поверхность, океан и атмосфера которой 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, в котором предсказываются погодные условия 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 под руководством профессора Университета Макгилла Николаса Коуэна над исследованием.
Две трети экзопланеты сталкиваются с бесконечным дневным светом
Анализируя схему освещения экзопланеты, команда обнаружила, что около двух третей K2-141b сталкиваются с постоянным дневным светом, а не с освещенным полушарием, к которому мы привыкли на Земле.
K2-141b принадлежит к группе каменистых планет, вращающихся очень близко к своей звезде. Эта близость удерживает экзопланету на месте гравитационно, что означает, что одна и та же сторона всегда обращена к звезде.
Ночная сторона испытывает низкие температуры ниже -200 градусов Цельсия.
Дневная сторона экзопланеты, по оценкам, температура 3000 C, достаточно горячая, чтобы не только плавить камни, но и испарять их, в конечном итоге создавая тонкую атмосферу в некоторых областях. «Наше открытие, вероятно, означает, что атмосфера выходит за пределы океана магмы, что упрощает 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 осаждению. Подобно круговороту воды на Земле, когда вода испаряется, поднимается в атмосферу, конденсируется и выпадает обратно в виде дождя, то же самое происходит с натрием, оксидом кремния и диоксидом кремния на K2-141b.
На Земле дождь возвращается 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 «проливают» обратно в океан магмы.
Возникающие в результате течения 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, изначально были расплавленными мирами, но затем быстро остыли и затверделы. «Лавовые планеты дают нам редкую возможность увидеть этот этап 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 прогнозировалось.