Астрономы обнаружили необычную каменную планету, которая одновременно соответствует двум, казалось бы, несовместимым определениям: это раскаленный лавовый мир, но при этом самый холодный из известных лавовых миров с атмосферой. Планета HD 3167 b находится в 154 световых годах от Земли и обращается вокруг своей звезды всего за одни земные сутки.

Наблюдения с помощью космического телескопа James Webb показали, что планета заметно холоднее, чем должна была бы быть без атмосферы. По мнению исследователей, именно атмосфера помогает перераспределять тепло между дневной и ночной сторонами планеты. Результаты опубликованы в The Astrophysical Journal Letters.

Год на планете длится всего один день

HD 3167 b относится к каменным суперземлям и представляет собой самый маленький из известных лавовых миров. Планета расположена чрезвычайно близко к своей звезде, поэтому полный оборот вокруг нее занимает примерно 24 часа.

Из-за такой близости HD 3167 b, вероятно, приливно захвачена: одна ее сторона постоянно обращена к звезде, а другая остается в вечной темноте.

Такие условия должны приводить к экстремальному нагреву. Если бы у планеты не было атмосферы, ее дневная сторона достигала бы максимально возможной для этой системы температуры.

Но наблюдения показали другое.

Почему планета оказалась неожиданно холодной

Исследователи наблюдали HD 3167 b с помощью прибора MIRI телескопа James Webb, работающего в среднем инфракрасном диапазоне. Ученые изучали планету во время вторичного затмения — момента, когда она проходит за своей звездой.

Сравнивая инфракрасное излучение системы до и во время такого затмения, астрономы смогли оценить температуру планеты.

Оказалось, что HD 3167 b заметно холоднее ожидаемого максимума.

По словам ведущего автора исследования Брендона Парка Коя, если бы атмосферы не было, дневная сторона планеты была бы настолько горячей, насколько это вообще возможно при ее положении относительно звезды.

Но наблюдаемая температура указывает на наличие атмосферы.

Атмосфера переносит тепло на ночную сторону

Исследователи предполагают, что атмосфера HD 3167 b отражает часть излучения звезды и помогает перераспределять энергию по планете.

Часть тепла, полученного дневной стороной, может переноситься в сторону постоянной ночи. Благодаря этому поверхность, обращенная к звезде, оказывается холоднее, чем была бы у полностью безатмосферного лавового мира.

При этом планета остается достаточно горячей, чтобы ее поверхность могла быть покрыта расплавленной породой. Поэтому HD 3167 b одновременно остается лавовым миром и оказывается самым холодным из известных представителей этого класса с обнаруженными признаками атмосферы.

Для исследователей это особенно интересно потому, что близость к звезде, казалось бы, должна делать атмосферу на такой планете крайне неустойчивой. Сильный звездный ветер и высокоэнергетическое излучение должны постепенно срывать газовую оболочку.

«Чем ближе каменистая планета находится к своей звезде, тем сложнее ей сохранить атмосферу», — объясняет соавтор работы Эдвин Кайт из Чикагского университета. Однако наблюдения лавовых миров показывают, что атмосферы на них могут сохраняться даже при экстремальных условиях.

Лавовые миры могут рассказать о молодой Земле

HD 3167 b слишком горячая для жизни. Но именно поэтому она представляет интерес для ученых.

Астрономы предполагают, что подобные планеты могут служить своеобразными моделями для изучения ранних стадий формирования каменистых планет.

Когда Земля только формировалась, столкновения планетезималей выделяли огромное количество энергии. Поверхность молодой планеты могла на какое-то время превратиться в глобальный океан магмы.

«Мы думаем, что на самом раннем этапе истории Солнечной системы, когда формировались планеты земной группы, они были чрезвычайно горячими из-за энергии столкновений планетезималей», — говорит Кой.

У Земли также существовала стадия магматического океана, когда поверхность была практически полностью расплавлена.

Поэтому наблюдение современной лавовой планеты позволяет изучать процессы, которые могли происходить с Землей в первые миллионы лет ее существования.

Ученые проверяют, где заканчивается атмосфера лавовых миров

Открытие HD 3167 b стало частью более крупной программы, посвященной атмосферам лавовых планет. Исследователи изучают десять таких миров, чтобы определить, при каких температурах каменные планеты способны сохранять или формировать газовые оболочки.

Парадокс HD 3167 b особенно важен для этой задачи: ее температура ниже ожидаемой, а наличие атмосферы, судя по наблюдениям, помогает объяснить это отличие.

Причем ранее астрономы уже находили признаки атмосфер у еще более горячих лавовых миров. Это ставит новый вопрос: каким образом атмосферы формируются и сохраняются на планетах, которые получают настолько мощное излучение от своих звезд?

По мере того как James Webb исследует все больше подобных объектов, ученые смогут сравнивать их между собой и выяснять, насколько распространены атмосферы у лавовых миров.

Сами эти планеты непригодны для жизни, однако они могут оказаться своеобразными окнами в прошлое Земли. Как отмечает Кайт, изучение таких экстремальных миров позволяет понять процессы, которые имеют значение для эволюции гораздо более умеренных каменистых планет — включая нашу собственную.