Исследователи из Стэнфордского университета предложили новое объяснение того, почему некоторые планеты, покрытые лавой и находящиеся в непосредственной близости от своих звёзд, способны удерживать плотные газовые оболочки, несмотря на мощное излучение светила. Согласно публикации в журнале The Astrophysical Journal Letters, ключевую роль в этом процессе играет расплавленная поверхность, которая регулирует скорость выхода газов из недр планеты. Замедляя этот процесс, лава позволяет восполнение атмосферы идти в ногу с её потерями, вызванными звёздной радиацией, что обеспечивает сохранение оболочки на протяжении миллиардов лет.
Данное открытие расширяет концепцию «космической береговой линии» — границы, отделяющей каменистые миры, способные удерживать атмосферу, от тех, которые её лишены. Ранее считалось, что некоторые лавовые планеты находятся слишком близко к звёздам, чтобы иметь атмосферу, однако наблюдения показали обратное. Ведущий автор работы Баррон Нгуен, аспирант лаборатории Лауры Шефер, пояснил, что учёным удалось найти способ сохранения атмосферы, предложив новый режим за пределами этой границы, который они назвали «космической песчаной отмелью».
Новая зона, по аналогии с песчаными грядами у берегов океанов, располагается между традиционной береговой линией и так называемой «безысходной долиной». Планеты, попадающие в эту долину, находятся достаточно близко к звезде, чтобы терять атмосферу, но при этом слишком быстро остывают и затвердевают после формирования, не успевая восполнить улетучивающиеся газы. Как отметила Шефер, старший автор исследования, определение границы между мирами без атмосферы и теми, кто способен её поддерживать, долгое время оставалось одним из главных вопросов планетологии, и новая модель существенно расширяет понимание этого рубежа.
Ярким примером, поставившим под сомнение прежние представления, стала планета 55 Рака e — «суперземля», масса которой почти в восемь раз превышает земную, а орбита проходит примерно в двадцать раз ближе к своей звезде, чем орбита Меркурия к Солнцу. Несмотря на экстремальные условия, наблюдения космического телескопа «Джеймс Уэбб» в 2024 году показали наличие у неё необычайно плотной атмосферы. В последние месяцы учёные обнаружили ещё несколько подобных лавовых миров с существенными газовыми оболочками, что побудило исследователей создать модель, отслеживающую движение газов между атмосферой и расплавленной поверхностью, а также учитывающую их утечку в космос и постепенное остывание лавы.
Моделирование показало, что эволюция атмосферы определяется двумя конкурирующими процессами: потерей газов в космическое пространство и их выделением из недр планеты, известным как дегазация. В режиме «космической песчаной отмели» эти процессы могут достигать равновесия, что характерно для массивных суперземель с лавовой поверхностью, включая 55 Рака e. Миры, расположенные дальше от звёзд, такие как Меркурий, остывают и затвердевают быстрее, запирая газы внутри, и оказываются в «безысходной долине». Более удалённые и меньшие по размеру планеты, например Венера и Земля, получают достаточно меньше излучения и потому способны избежать полной потери атмосферы.
По словам Нгуена, результаты исследования вселяют оптимизм, поскольку показывают, что концепция «космической береговой линии» не утратила актуальности, а набор параметров, позволяющих планете генерировать и удерживать атмосферу, оказался шире, чем считалось прежде. Учёные ожидают, что будущие обзоры экзопланет помогут проверить и уточнить расширенную версию этой модели, что приблизит исследователей к ответу на вопрос о потенциальной обитаемости миров за пределами Солнечной системы. Данные о работе опубликованы в The Astrophysical Journal Letters, сообщает SciTechDaily.