Нове дослідження показує, як хімічні речовини в атмосфері екзопланети в деяких випадках можуть показати, чи температура на її поверхні занадто висока для рідкої води.
У нашій Сонячній системі планети або маленькі й кам’янисті (як Земля), або великі й газоподібні (як Нептун). Але навколо інших зірок астрономи виявили проміжні планети-світи трохи більші Землі, але менші Нептуна. Ці планети можуть мати кам’янисту поверхню або океани з рідкою водою, але, швидше за все, вони будуть покриті атмосферою, яка у багато разів товщі земної й непрозорі.
У новому дослідженні, опублікованому в Astrophysical Journal Letters, вчені демонструють, як хімічний склад цих атмосфер може дати підказки про те, що знаходиться під ними: зокрема, які планети занадто гарячі, щоб підтримувати океани з рідкою водою. Оскільки рідка вода є необхідним інгредієнтом для життя, який ми її знаємо, цей метод може допомогти вченим звузити коло пошуку потенційно придатних для життя екзопланет. У нашій Галактиці до теперішнього часу підтверджено понад 4500 екзопланет, а понад 7700 кандидатів ще очікують підтвердження. Але це крапля в морі — за оцінками вчених, в нашій Галактиці існують сотні мільярдів екзопланет.
Деякі космічні телескопи НАСА, оснащені спектрометрами, можуть виявити хімічний склад атмосфери екзопланети. Хімічний профіль Землі не зможе показати зображення, скажімо, корів або людей на поверхні планети, але він покаже вуглекислий газ і метан, вироблені ссавцями, і кисень, вироблений деревами. Жодне з цих хімічних речовин саме по собі не буде ознакою життя, але в поєднанні вони вкажуть на можливість того, що наша планета населена.
Нова стаття описує те, які хімічні речовини можуть вказувати на приховані океани на екзопланетах, діаметр яких від 1,7 до 3,5 раза перевищує діаметр Землі. Оскільки діаметр Нептуна приблизно в чотири рази більший від діаметра Землі, ці планети іноді називають “суб-Нептунами”.
- З’ясувалося, звідки на Меркурії могла з’явитися вода
- На Сонці з’явилася перша маленька пляма
- Близнюка Чумацького Шляху знайшли в сузір’ї Змієносця
Щільна атмосфера на планеті на південь від Нептуна буде утримувати тепло на поверхні та підіймати температуру. Якщо атмосфера досягає певного порогу — зазвичай близько 770 градусів за Цельсієм — вона зазнає процес, званий термохімічною рівновагою, яка змінює її хімічний профіль. Після встановлення термохімічної рівноваги — і якщо припустити, що атмосфера планети складається в основному з водню, що типово для газоподібних екзопланет, — вуглець і азот будуть переважно у формі метану й аміаку.
Ці хімічні речовини значною мірою відсутні в більш прохолодній і тонкій атмосфері, де не було б термохімічної рівноваги. У цьому випадку домінуючими формами вуглецю та азоту будуть діоксид вуглецю та молекули з двох атомів азоту.
Згідно з дослідженням, океан з рідкою водою під атмосферою залишить додаткові ознаки, в тому числі відсутність майже всього паразитного аміаку, який буде розчинений у воді. Дослідники виявили, що в широкому діапазоні ймовірних рівнів PH океану в атмосфері практично не повинно бути аміаку, якщо під нею знаходиться величезна кількість води.
Крім того, в атмосфері буде більше вуглекислого газу, ніж окису вуглецю; навпаки, після термохімічної рівноваги монооксиду вуглецю має бути більше, ніж діоксиду вуглецю, якщо є виявлені кількості того й іншого.
«Якщо ми побачимо ознаки термохімічної рівноваги, ми зробимо висновок, що планета занадто гаряча, щоб на ній можна було жити», — заявив Ренью Ху, дослідник з Лабораторії реактивного руху НАСА, який керував дослідженням. «І навпаки, якщо ми не бачимо ознак термохімічної рівноваги, а також бачимо ознаки розчинення газу в рідинно-водному океані, ми б сприйняли це як переконлива ознака населеності».
Космічний телескоп НАСА імені Джеймса Вебба, запуск якого планується 18 грудня, буде оснащений спектрометром, здатним вивчати атмосфери екзопланет. Такі вчені, як Ху, працюють, щоб передбачити, які хімічні профілі Вебб побачить у цих атмосферах і що вони можуть розповісти про ці далекі світи. Обсерваторія здатна визначати ознаки термохімічної рівноваги в субнептунових атмосферах, іншими словами, ознаки прихованого океану, як зазначено в статті.
Оскільки телескоп Вебба відкриває нові планети або проводить глибші дослідження вже відомих планет, ця інформація може допомогти вченим вирішити, які з них заслуговують на додаткові спостереження, особливо якщо завдання полягає в тому, щоб знайти потенційно населені світи.
Натхнення: www.popmech.ru