Маленькие каменистые планеты, подобные нашей Земле, созданы из остатков, сохранившихся после рождения звездной системы. Все, что не попадает в созревающую центральную звезду или служит строительным материалом для планет-гигантов, потенциально может сформировать гораздо меньшую планету земных масштабов. Такие миры, даже если они относятся к классу суперземель, сравнительно крошечные, и поэтому их трудно обнаружить и описать.

Горячие расплавленные каменистые планеты за пределами нашей Солнечной системы обнаружить легче, чем твердые. К такому выводу пришли ученые из Бернского университета. Рисунок: Uni Bern/Thibaut Roge

Когда каменистая планета постепенно остывает и образует твердую кору, ее становится все труднее идентифицировать. Зато в горячей фазе рождения планеты, а также в жидкой (или текучей) форме - с расширенной газовой атмосферой, каменистую экзопланету распознать намного легче. К такому выводу пришла исследовательская группа под руководством Дэна Бауэра из Университета Берна.

Жидкое начало

Благодаря сильному излучению, телескопы могут обнаруживать такие планеты лучше, чем их твердые аналоги. «Разумеется, никто не захочет провести на одной из этих планет свой отпуск», - говорит Бауэр. - «Но изучение этих объектов очень важно, так как многие, если не все, каменистые планеты начинают свою жизнь как расплавленные сгустки. Некоторые же из них могут в конечном итоге стать обитаемыми, как это случилось с Землей.

То, что происходит во время этой фазы рождения, также влияет на дальнейшее развитие планеты. «У нас есть основания полагать, что процессы, происходящие в течение младенческих лет на планете, имеют решающее значение для ее дальнейшей жизни», - считает Бауэр. Поэтому ученые решили представить наблюдаемые характеристики такой планеты в исследовании, опубликованном в свежем номере журнала Astronomy & Astrophysics. Результат: радиус расплавленной Земли был бы примерно на пять процентов больше, чем у твердой Земли.

В экстремальных условиях на планете расплавленный материал ведет себя не так, как твердый. «По сути, расплавленный силикат занимает больше объема, чем соответствующее твердое вещество, и это делает планету больше», - объясняет Бауэр.

Пять процентов имеют значение

Правда, до запуска космического зонда PLATO в 2026 году будет еще невозможно отследить каменистую планету размером с Землю, вращающуюся вокруг яркой звезды солнечного типа. Сейчас же астрономов в первую очередь интересуют планеты, вращающиеся вокруг более холодных звезд меньшего размера, таких как красные карлики Траппист-1 или Проксима b. Примечательно, что пятипроцентную разницу радиусов планет уже можно измерить с помощью существующих и будущих приборов наблюдения, в частности космического телескопа CHEOPS, который был разработан и собран в Берне и будет запущен уже в этом году.

Фактически, новейшие данные предполагают, что расплавленные планеты с малой массой, температура которых остается высокой в течение длительного времени из-за интенсивного света звезды, уже присутствуют в каталоге экзопланет. Таким образом, у некоторых экзопланет могут быть строительные блоки, похожие на Землю, но при этом и различное количество твердой и расплавленной породы, что объясняет наблюдаемые изменения в размере планеты. «И совершенно необязательно использовать какие-то экзотические, легкие материалы для объяснения полученных данных», - говорит Бауэр.

Загадочные значения плотности

Но даже полностью расплавленная планета может не объяснить наиболее экстремальные значения низкой плотности, которая может наблюдаться. Но и для этого у исследовательской группы есть своя версия. В своем раннем развитии расплавленные планеты, дегазируя магму, могут образовывать мощные летучие вещества, которые первоначально растворялись в расплаве. И это вполне может объяснить дополнительное уменьшение наблюдаемой плотности планет. Предполагается, что космический телескоп James-Webb (JWST) будет в состоянии обнаруживать такую атмосферу на планетах вокруг холодных красных звезд-карликов, особенно если их атмосфера содержит воду или углекислый газ.

Наряду с последствиями для наблюдений, Бауэр, как ученый и специалист в области Земли, рассматривает свое исследование в более широком контексте: «Конечно, мы не могли наблюдать за собственной Землей, когда она была горячей и расплавленной. Но исследования экзопланет дают нам возможность обнаружить аналоги молодой Земли и молодой Венеры». Это может быть очень важно для обретения новых знаний о Земле и других планетах в нашей Солнечной системе. Глядя на Землю в контексте экзопланет и наоборот, появляются новые возможности для понимания планет внутри и за пределами Солнечной системы.