На раскалённых каменистых экзопланетах могут происходить процессы, способные кардинально изменить их внешний облик и сбить с толку астрономов. Речь идёт о гигантских приливных волнах лавы, которые возникают из-за мощного гравитационного воздействия звезды. Такие явления могут искажать данные об атмосферах далёких миров. Об этом сообщили исследователи на конференции Rocky Worlds и в препринте на arXiv.
На Земле приливы вызываются притяжением Луны и Солнца, но на экзопланетах, вращающихся очень близко к своим звёздам, этот эффект многократно усиливается. Особенно яркий пример — 55 Cancri e, каменистая планета, совершающая полный оборот вокруг звезды всего за 18 часов.
По расчётам планетолога Мохаммада Фархата из Калифорнийского университета в Беркли, лавовые приливные волны на таком мире могут достигать сотен метров в высоту и перемещаться со скоростью бегущего человека.
Подобные экстремальные условия тесно связаны с тем, как формируются и эволюционируют звёзды и их планетные системы, особенно на ранних этапах, когда орбиты ещё нестабильны.
Ранее учёные обычно рассматривали лаву на таких планетах как условно твёрдую, медленно текущую среду. В этом случае считалось, что приливные деформации выделяют относительно немного тепла. Однако Фархат подчёркивает: лава — это вязкая жидкость, которая активно течёт, завихряется и гораздо эффективнее преобразует механическую энергию приливов в тепло.
В компьютерных моделях Фархата и его коллеги Юджина Чанга показано, что такие лавовые приливы способны высвобождать колоссальное количество энергии. На планетах земного размера это может привести к расплавлению не только поверхности, но и глубоких слоёв мантии — вплоть до границы с ядром.
Это противоречит привычному представлению о лавовых планетах как мирах с неглубокими магматическими морями лишь на дневной стороне.
Моделирование также показало, что там, где лавовые волны накладываются друг на друга, они могут образовывать локальные сгустки расплавленной породы. Температура таких областей может быть на сотни градусов выше окружающей среды. Эти "блуждающие горячие точки" теоретически можно зафиксировать с помощью космического телескопа JWST в виде хаотичных тепловых вспышек.
По мнению астрономов, это открывает возможность прямого обнаружения лавовых приливов, но одновременно создаёт серьёзную проблему для интерпретации наблюдений.
При поиске атмосферы у экзопланет исследователи часто анализируют распределение температур между дневной и ночной сторонами. Атмосфера сглаживает контраст, перенося тепло. Однако если лавовые приливы сами по себе способны перераспределять энергию и создавать нестабильные горячие области, они могут имитировать атмосферный сигнал.
Ситуация усложняется тем, что на близких орбитах действуют хаотичные гравитационные режимы, сходные с теми, что наблюдаются в окололунном пространстве, где даже небольшие отклонения траекторий приводят к резким динамическим эффектам.
Именно с этим могут быть связаны загадочные температурные колебания на 55 Cancri e, достигающие примерно 1000 градусов и остающиеся необъяснёнными уже около десяти лет. Ранее выдвигались гипотезы о лавовых дождях или отражающих каменистых облаках, но ни одна из них не получила однозначного подтверждения.
Планетолог Джейшил Патель из Технического университета Дании отмечает, что если орбита 55 Cancri e действительно обладает достаточной эксцентричностью, лавовые приливы могут объяснить наблюдаемые температурные скачки.
"Если это правда, это может объяснить наши наблюдения", — говорит он.
Новая модель показывает, что внутренние процессы на экстремально горячих планетах могут быть гораздо более динамичными, чем считалось ранее. Это означает, что интерпретация данных о далеких мирах требует учета не только атмосферы, но и сложной физики лавовых океанов.