Космический телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил неожиданную атмосферу на раскалённом лавовом мире.

Для учёных, ищущих признаки жизни за пределами Земли, среди наиболее перспективных объектов для исследования считаются скалистые планеты с атмосферой. Атмосфера необходима для поддержания жидкой воды на поверхности планеты. Тем не менее из более чем 6300 внесённых в каталоги экзопланет большинство не являются скалистыми, и лишь небольшое число известных скалистых планет, по-видимому, имеют атмосферу.

Теперь исследователи добавили ещё один мир в этот небольшой список. В исследовании, опубликованном в The Astrophysical Journal Letters, группа под руководством Брэндона Парка Коя из Университета Чикаго сообщила о доказательствах наличия атмосферы у HD 3167 b — скалистой супер‑Земли, находящейся на расстоянии 154 световых лет в созвездии Рыб. Эта крайне горячая планета, классифицируемая как «лавовый мир», совершает оборот вокруг своей звезды всего за один земной день.

«Что так удивительно, так это то, что чем ближе скалистая планета обращается вокруг своей звезды, тем сложнее ей сохранять атмосферу, потому что она подвергается бомбардировке звёздным ветром и получает больше фотонов высокой энергии от звезды. Но, похоже, многие из этих лавовых миров всё же имеют атмосферы», — объяснил Эдвин Кайт, доцент кафедры геофизических наук Чикагского университета и соавтор исследования. «Эти планеты слишком горячие для жизни, но изучая их, мы можем сказать нечто важное о процессах, которые имеют значение для других скалистых миров.»

Интервью с Брэндоном Парком Коем

В приведённом ниже интервью Кой, аспирант из группы Кейта и первый автор статьи, объясняет, почему атмосферы на лавовых мирах представляют научный интерес, как исследователи обнаружили доказательства атмосферы на HD 3167 b и что они надеются узнать дальше.

Какова была цель обзора, в рамках которого была найдена эта экзопланета с атмосферой?

Одна из ключевых задач, которые решает телескоп «Джеймс Уэбб», — выяснить, имеют ли планеты, обращающиеся вокруг звёзд намного меньших, чем Солнце, атмосферы. Похоже, что большинство таких земных планет не имеют атмосферы — они просто оголённая порода.

Но, к нашему удивлению, мы обнаружили свидетельства того, что большинство лавовых миров — похожих по составу на Землю и Венеру, но гораздо, гораздо горячее — могут иметь атмосферы. Пять земных планет, у которых обнаружены признаки атмосферы, включая ту, о которой говорится в этом исследовании, относятся к ультрагорячему типу.

Однако эта планета — самая холодная среди лавовых миров, у которых до сих пор обнаруживали признаки атмосферы. Это интересно, потому что мы пытаемся понять температурный переход между планетами с атмосферой и без неё.

Этот результат — первый из программы под руководством Меган Уайнер Мэнсфилд (PhD’21), которая теперь работает в Университете Мэриленда. Цель программы, изучающей 10 ультрагорячих лавовых миров, — выяснить, существует ли критическая температура, выше которой вы начинаете наблюдать планеты с устойчивыми атмосферами.

«Нас интересует изучение таких планет, потому что мы считаем, что ранняя Земля могла сильно напоминать лавовый мир», — говорит автор исследования Брэндон Парк Кой.

Как можно определить, есть ли у экзопланеты атмосфера?

В настоящее время прямое наблюдение за планетами, похожими на Землю, в поисках признаков жизни недоступно. Вместо этого мы используем телескоп «Уэбб» для обнаружения излучения в среднеинфракрасном диапазоне, чтобы оценить температуру экзопланет, что может указывать на наличие атмосферы.

Существует два основных метода изучения экзопланет. Один называется транзитом — когда планета проходит перед звездой. Другой метод — вторичное затмение, который использовали мы в этом исследовании: когда планета скрывается за звездой, мы измеряем, сколько света при этом теряется. Эта разница показывает, сколько среднеинфракрасного света исходит от самой планеты, а значит, насколько горячая её поверхность или атмосфера.

Если у планеты нет атмосферы, её обращённая к звезде дневная сторона должна быть настолько горячей, насколько это теоретически возможно, исходя из отражательной способности поверхности и расстояния до звезды. Но наличие атмосферы помогает перераспределять тепло с дневной стороны на ночную. Мы видим это на Венере — почти нет разницы в температуре поверхности между днём и ночью или между полюсами и экватором. Если у планеты есть атмосфера, у неё также могут быть облака, отражающие падающее излучение звезды и охлаждающие дневную сторону. Поэтому если дневная сторона планеты холоднее, чем её максимальная возможная температура, скорее всего, у неё есть атмосфера.

Объект данного исследования, HD 3167 b, заметно холоднее своей предполагаемой максимальной температуры, что является сильным доказательством наличия атмосферы.

Каков состав атмосферы HD 3167 b, по вашему мнению?

Эти лавовые миры так называются потому, что поверхность, обращённая к звезде, вероятно, представляет собой расплавленную породу. Мы полагаем, что HD 3167 b может иметь состав, богатый силикатами, с похожей смесью минералов, что и мантия Земли. До этого исследования считалось, что любая атмосфера на таких ультрагорячих планетах будет состоять из паров расплавленной породы, но теперь мы начинаем видеть свидетельства того, что некоторые из них могут иметь более тяжёлые газы, такие как углекислый газ, монооксид углерода или вода.

Состав атмосферы HD 3167 b пока остаётся неопределённым. Именно поэтому мы так заинтересованы в получении новых наблюдений.

Поскольку четыре других лавовых мира с обнаруженными атмосферами находятся в ультрагорячем режиме, это порождает вопросы о существовании критической температуры, при которой силикаты в атмосфере начинают образовывать очень плотные слои. Существует ли температура, при которой на таких планетах формируются силикатные облачные покровы, отражающие приходящее излучение в космос и охлаждающие дневную сторону? Этот относительно более холодный мир помогает нам лучше охарактеризовать и уточнить этот переход.

Несмотря на то что они крайне негостеприимны для жизни, нас также интересует изучение подобных планет, потому что мы считаем, что ранняя Земля могла во многом напоминать лавовый мир. Мы полагаем, что в очень ранней истории Солнечной системы, когда формировались земные планеты, они были чрезвычайно горячими из‑за энергии многочисленных столкновений планетезималей. Земля переживала так называемую стадию магматического океана с полностью жидкой поверхностью. Этот результат даёт нам окно для изучения условий, которые могли иметь место в первые несколько миллионов лет существования Земли.

Материалы предоставлены Университетом Чикаго. Первоначальный текст подготовлен Морин Сирси.

Список авторов статьи: Брэндон Парк Кой, Цяо Сюэ, Меган Уайнер Мэнсфилд, Джейсон Д. Истман, Анжали А. А. Пьетт, Тайлер Фэрнингтон, Коул Смит, Майкл Чжан, Элиза М.-Р. Кемптон, Джейкоб Л. Бин, Сюань Цзи, Питер Гао, Чегук Их, Даниэль Д. Б. Колл, Рафаэль Луке, Жауме Ореиль‑Микель, Эдвин С. Кайт. Evidence for an Atmosphere on the Ultra-short-period Super-Earth HD 3167 b. The Astrophysical Journal Letters, 2026; 1005 (2): L77 DOI: 10.3847/2041-8213/ae7f23