Каменный шар, который не должен был выжить: атмосфера охлаждает поверхность, где магма кипит без остановки

Планета TOI-561 b сохранила атмосферу при температуре 1800 °C — ученые

Одна из самых загадочных экзопланет, известных на сегодняшний день, — TOI-561 b — снова заставила астрономов пересмотреть представления о том, как устроены каменистые миры у звёзд.

Новые наблюдения с помощью телескопа James Webb показали, что эта планета, вращающаяся на экстремально малом расстоянии от своей звезды, способна сохранять плотную атмосферу, несмотря на температуру выше 1800 °C и мощное звёздное излучение. Об этом сообщает Astrophysical Journal Letters.

Древний мир с орбитой длиной меньше полусуток

TOI-561 b классифицируется как сверхкороткопериодическая суперземля — её масса почти вдвое превышает земную, а орбитальный период составляет всего 10,8 часа. Планета расположена настолько близко к своей звезде, что одна сторона всегда обращена к светилу и непрерывно освещена, тогда как другая погружена в вечную ночь.

Считалось, что при таких условиях любые летучие вещества должны давно испариться, но спектроскопия JWST показала наличие газовой оболочки, способной перераспределять тепло по поверхности планеты.

Необычное строение и древнее происхождение

Несмотря на массу, близкую к земной, плотность TOI-561 b оказалась значительно ниже. Это указывает на отличия в её внутренней структуре и составе.

Учёные предполагают, что планета имеет малое железное ядро и толстую силикатную мантию, сформировавшиеся в условиях, отличных от тех, где возникли земные планеты. Её звезда старше Солнца почти вдвое и содержит мало железа, что говорит о принадлежности системы к числу древнейших в нашей Галактике.

Таким образом, планета представляет собой уникальный пример древнего мира, сохранившего следы формирования, когда звёзды и планеты только начинали обогащать космос тяжёлыми элементами.

Атмосфера, которая охлаждает огненную поверхность

Главным открытием стало то, что планета удерживает атмосферу, способную охлаждать поверхность. Учёные использовали прибор NIRSpec телескопа James Webb для измерения температуры дневной стороны во время вторичного затмения.

Если бы поверхность была полностью открытой, температура достигала бы около 2700 °C, но реальные данные показали порядка 1800 °C.

"Сильные ветры переносят тепло на ночную сторону, а водяной пар и силикатные облака поглощают часть излучения, создавая эффект охлаждения", — пояснила соавтор исследования Анджали Пиетт.

Температурный контраст между освещённой и тёмной сторонами стал убедительным доказательством существования плотной атмосферы, которая распределяет тепло по планете.

Магматический океан и круговорот веществ

Согласно моделям, поверхность TOI-561 b покрыта глубоким океаном магмы - расплавленных силикатов, активно взаимодействующих с атмосферой. Этот слой создаёт своеобразный замкнутый цикл обмена веществ: испаряющиеся газы поднимаются вверх, охлаждаются и возвращаются обратно на поверхность.

"Газы выходят наружу, но магма возвращает часть обратно. Планета напоминает влажный лавовый шар", — отметил Тим Лихтенберг из Университета Гронингена.

Такая система стабилизирует атмосферу и предотвращает её полное испарение. Магматический океан играет роль буфера, поддерживая химический баланс между поверхностью и атмосферой даже при постоянном воздействии радиации звезды.

Что значит это открытие для науки

Астрономы наблюдали TOI-561 b в течение 37 часов — почти четырёх её "суток". За это время удалось уточнить температурное распределение и получить спектральные данные, позволяющие оценить химический состав атмосферы.

Открытие меняет представление о сверхкороткопериодических планетах. До сих пор считалось, что они теряют газовую оболочку уже в первые миллионы лет после формирования. Теперь ясно: если внутренняя структура и химический состав способствуют регенерации, атмосфера может сохраняться даже в экстремальных условиях.

Плюсы и минусы горячих суперземель для исследований

Преимущества:

Позволяют изучать ранние этапы формирования планет.
Помогают понять, как удерживаются атмосферы при высокой радиации.
Служат естественными лабораториями для моделирования магматических процессов.

Недостатки:

Экстремальные условия делают прямые наблюдения трудными.
Данные о составе атмосферы остаются ограниченными.
Высокая температура усложняет моделирование физических процессов.

Тем не менее TOI-561 b — один из редких примеров древнего мира, способного пролить свет на эволюцию планет во Вселенной.

Советы для наблюдений и будущих исследований

Использовать инфракрасные спектрографы. Только они позволяют фиксировать слабые сигналы атмосферы на фоне яркого излучения звезды.
Изучать распределение тепла. Это поможет определить, насколько эффективно атмосфера переносит энергию.
Сравнивать данные разных телескопов. Комбинация результатов JWST, TESS и будущих миссий даст более точную модель планеты.
Исследовать родственные объекты. TOI-561 b — не единственная суперземля с короткой орбитой; сопоставление параметров покажет общие закономерности.