"Темный мир" без воды и атмосферы⁠⁠: Джеймс Уэбб впервые увидел поверхность экзопланеты

Космический телескоп имени Джеймса Уэбба вновь раздвинул границы астрономии. Впервые ученые смогли получить прямые данные о поверхности экзопланеты, не имеющей плотной газовой оболочки. Объектом наблюдения стала суперземля LHS 3844 b. Она удалена от нас на расстояние около пятидесяти световых лет. Планета вращается вокруг тусклого красного карлика, совершая полный оборот за одиннадцать часов. Столь малая орбита приводит к приливной фиксации (приливному захвату). Одна сторона планеты постоянно освещена, а другая скрыта в вечной тени. Температура на освещенной стороне достигает 725 °C. На неосвещенной стороне температура опускается до значений, при которых поверхность почти мгновенно теряет остаточное тепло.

Астрономы долгие годы пытались понять природу таких миров. Как правило, эксперты анализируют лучи, проходящие через газовую оболочку. В данном же случае плотная атмосфера практически отсутствует. Этот факт позволил получить редкую возможность изучить тепловое излучение самой поверхности. Для этого команда под руководством Лауры Крейдберг из Института астрономии имени Макса Планка использовала инструмент «Джеймса Уэбба» MIRI. Четырехканальный спектрограф фиксирует инфракрасное излучение, позволяя оценить структуру нагретого слоя.

Полученные данные сравнили с образцами пород Земли, Луны и Марса. Анализ показал, что поверхность LHS 3844 b напоминает базальтовые равнины. Подобные структуры образуются при затвердевании лавы. Породы поверхности богаты железом и магнием. Они слабо отражают свет, поэтому планета выглядит тёмной. Признаков гранитной коры обнаружено не было. Следов воды тоже. Это указывает на отсутствие процессов, связанных с продолжительным присутствием жидкой среды.

Исследователи выдвигают две основные теории. Первая говорит об относительно «молодой» поверхности планеты. Процессы вулканизма, могли сформировали новые слои, покрывшие старые. Вторая теория предполагает длительное отсутствие внутренней активности (остывание ядра, остановка геологических процессов) . В этом случае внешний слой постепенно изменялся под воздействием метеоритных ударов и интенсивного излучения звезды. Постоянный поток частиц разрушал минералы, превращая их в темный реголит. Подобные процессы наблюдаются на Луне, но на LHS 3844 b они протекали намного быстрее из-за высокой температуры и близости к звезде.

Одной из ключевых заслуг исследования является демонстрация возможностей космической обсерватории «Webb». Прибор способен анализировать не только газовые атмосферы, но и геологию каменных миров. Телескоп способен изучать планеты, напоминающие раннюю Землю. Прямое наблюдение за пределами Солнечной системы долгое время считалось недостижимым. Теперь такие задачи становятся реальностью. Ученые получили средство, позволяющее оценивать состав, возраст и историю далеких миров, не дожидаясь редких транзитов и не ища следы в атмосфере.

LHS 3844 b стала первым примером таких исследований. На этой планете отсутствуют условия для жизни. Однако новый метод будет полезен для изучения более пригодных для жизни миров. Каждое новое наблюдение расширяет наше понимание процессов, формирующих каменные планеты. Астрономы надеются применить аналогичные методики к другим суперземлям. Ученые уверен - в ближайшие годы появятся данные, способные изменить наше представление о разнообразии планетарных систем.