НАСА обнаружило пару суперземель с океанами глубиной 1000 миль
Земля и экзопланета Kepler-138 d в поперечном сечении

Это иллюстрация художника, показывающая поперечное сечение Земли (слева) и экзопланеты Kepler-138 d (справа). Фото: Бенуа Гужон (Монреальский университет)

Космические аппараты НАСА «Хаббл» и «Спитцер» обнаружили, что две экзопланеты могут состоять в основном из воды

В постапокалиптическом боевике 1995 года «Водный мир» полярные ледяные шапки Земли полностью растаяли, а уровень моря поднялся более чем на 5 миль, охватив почти всю сушу. Астрономы обнаружили пару планет, которые являются настоящими «водными мирами», в отличие от любой другой планеты в нашей Солнечной системе.

Чуть больше Земли, у них нет плотности камня. И все же они плотнее, чем газовые гиганты внешних планет, вращающихся вокруг нашего Солнца. Итак, из чего они сделаны? Лучший ответ заключается в том, что эти экзопланеты имеют глобальные океаны, по крайней мере, в 500 раз глубже, чем средняя глубина земных океанов, которые просто являются мокрой облицовкой на каменном шаре.

Заболоченные миры вращаются вокруг красного карлика Кеплер-138, расположенного на расстоянии 218 световых лет от нас в созвездии Лиры. Планеты были обнаружены в 2014 году с помощью космической обсерватории НАСА «Кеплер». Последующие наблюдения с помощью космических телескопов Спитцер и Хаббл показали, что планеты должны состоять в основном из воды. Спектральная сигнатура воды не наблюдалась напрямую. Но этот вывод основан на их плотности, которая рассчитывается путем сравнения их размера и массы.

Не надейтесь найти рыбу в мировом океане. Вероятно, они слишком теплые и находятся под очень высоким давлением, поэтому не существует такой вещи, как дискретная граница между поверхностью океана и атмосферой планеты.


Используя данные космических телескопов НАСА «Хаббл» и «Спитцер», астрономы нашли доказательства того, что две экзопланеты, вращающиеся вокруг звезды на расстоянии 218 световых лет, являются «водными мирами», где вода составляет большую часть всей планеты. Авторы и права: Центр космических полетов имени Годдарда НАСА, ведущий продюсер: Пол Моррис.

Две экзопланеты могут состоять в основном из воды, находка НАСА «Хаббл» и «Спитцер»

Хотя телескопы не могут напрямую наблюдать за поверхностью планет, их плотность указывает на то, что они легче, чем каменные миры, но тяжелее, чем те, в которых преобладает газ.

Группа исследователей из Монреальского университета нашла доказательства того, что две экзопланеты, вращающиеся вокруг красного карлика, являются «водными мирами», где вода составляет большую часть всей планеты. Эти миры, расположенные в планетной системе на расстоянии 218 световых лет в созвездии Лиры, не похожи ни на одну планету в нашей Солнечной системе.

Команда, возглавляемая Кэролайн Пиоле из Института исследований экзопланет Тротье (iREx) при Монреальском университете, опубликовала подробное исследование этой планетной системы, известной как Kepler-138, в журнале Nature Astronomy 15 декабря.

Пиоле и его коллеги наблюдали за экзопланетами Kepler-138 c и Kepler-138 d с помощью космических телескопов НАСА «Хаббл» и вышедших из эксплуатации космических телескопов «Спитцер» и обнаружили, что планеты могут состоять в основном из воды. Эти две планеты и меньший планетарный компаньон, расположенный ближе к звезде, Кеплер-138 b, были ранее обнаружены космическим телескопом НАСА «Кеплер». Новое исследование также обнаружило доказательства существования четвертой планеты.

На этой иллюстрации суперземля Kepler-138 d находится на переднем плане. Слева планета Кеплер-138 c, а на заднем плане планета Кеплер 138 b, видимая силуэтом, проходящим через центральную звезду. Kepler 138 — красный карлик, расположенный на расстоянии 218 световых лет от нас. Низкая плотность Kepler-138 c и Kepler-138 d, почти одинаковых по размеру, означает, что они должны состоять в основном из воды. Оба они в два раза тяжелее Земли, но имеют примерно половину плотности Земли и, следовательно, не могут быть твердыми камнями. Это основано на измерениях их массы по сравнению с физическим диаметром. Они считаются новым классом «водных планет», в отличие от любой крупной планеты в нашей Солнечной системе. Kepler-138 b — одна из самых маленьких известных экзопланет, имеющая массу планеты Марс и плотность камня. Авторы и права: НАСА, ЕКА, Лия Хустак (STScI)

На Kepler-138 c и d вода не была обнаружена напрямую, но, сравнивая размеры и массы планет с моделями, астрономы приходят к выводу, что значительная часть их объема — до половины — должна состоять из материалов, которые легче камня, но тяжелее водорода или гелия (которые составляют основную часть газовых планет-гигантов, таких как Юпитер ). Наиболее распространенным из этих материалов-кандидатов является вода.

«Раньше мы думали, что планеты, которые были немного больше Земли, были большими шарами из металла и камня, как увеличенные версии Земли, и поэтому мы назвали их суперземлями», — объяснил Бьорн Беннеке, соавтор исследования и профессор. астрофизики в Монреальском университете. «Однако теперь мы показали, что эти две планеты, Kepler-138 c и d, совершенно разные по своей природе и что большая часть их всего объема, вероятно, состоит из воды. Это лучшее доказательство того, что водные миры — тип планет, который, по теории астрономов, существует долгое время».

Планеты c и d имеют объем, более чем в три раза превышающий объем Земли, и массу в два раза больше, чем плотность Земли. Это удивительно, потому что большинство планет чуть больше Земли, которые до сих пор подробно изучались, казались каменистыми мирами, такими как наша. Исследователи говорят, что самым близким сравнением могут быть некоторые из ледяных лун во внешней Солнечной системе, которые также в значительной степени состоят из воды, окружающей каменистое ядро.

«Представьте себе более крупные версии Европы или Энцелада, богатые водой спутники, вращающиеся вокруг Юпитера и Сатурна , но расположенные гораздо ближе к своей звезде», — объяснил Пиоле. «Вместо ледяной поверхности они будут содержать большие оболочки из водяного пара».

Это иллюстрация художника, показывающая поперечное сечение Земли (слева) и экзопланеты Kepler-138 d (справа). Как и Земля, эта экзопланета имеет внутреннюю часть, состоящую из металлов и камней (коричневая часть), но Kepler-138 d также имеет толстый слой воды под высоким давлением в различных формах: сверхкритическая и потенциально жидкая вода глубоко внутри планеты и протяженная оболочка водяного пара (оттенки синего) над ним. Эти водные слои составляют более 50% его объема или глубину около 1243 миль (2000 километров). Земля, для сравнения, имеет незначительную долю жидкой воды со средней глубиной океана менее 2,5 миль (4 км). Авторы и права: Бенуа Гужон, Университет Монреаля.

Исследователи предупреждают, что на планетах может не быть океанов, подобных земным, прямо на поверхности планеты. «Температура в атмосфере Kepler-138 d, вероятно, выше точки кипения воды, и мы ожидаем, что на этой планете будет плотная плотная атмосфера, состоящая из пара. Только в этой паровой атмосфере потенциально может быть жидкая вода под высоким давлением или даже вода в другой фазе, которая возникает при высоком давлении, называемой сверхкритической жидкостью», — сказал Пиоле.

В 2014 году данные космического телескопа НАСА «Кеплер» позволили астрономам объявить об обнаружении трех планет, вращающихся вокруг Kepler-138. Это было основано на измеримом падении звездного света, когда планета на мгновение прошла перед их звездой.

Беннеке и его коллега Диана Драгомир из Университета Нью-Мексико выступили с идеей повторного наблюдения за планетной системой с помощью космических телескопов Хаббл и Спитцер в период с 2014 по 2016 год, чтобы поймать больше прохождений Кеплера-138 d, третьей планеты. в системе, чтобы изучить ее атмосферу.

Новая экзопланета в системе

Два возможных водных мира, Кеплер-138 c и d, не расположены в обитаемой зоне, области вокруг звезды, где температура позволила бы жидкой воде находиться на поверхности каменистой планеты. Но в данных Хаббла и Спитцера исследователи дополнительно нашли доказательства существования новой планеты в системе, Kepler-138 e, в обитаемой зоне.

Эта недавно обнаруженная планета маленькая и находится дальше от своей звезды, чем три другие, ей требуется 38 дней, чтобы совершить полный оборот по орбите. Однако природа этой дополнительной планеты остается открытым вопросом, поскольку она, похоже, не проходит транзитом через свою родительскую звезду. Наблюдение за прохождением экзопланеты позволило бы астрономам определить ее размер.

Теперь, когда Kepler-138 e появился на снимке, массы ранее известных планет были снова измерены с помощью метода изменения времени прохождения, который состоит в отслеживании небольших изменений в точных моментах прохождения планет перед их звездой, вызванных гравитационное притяжение других близлежащих планет.

У исследователей был еще один сюрприз: они обнаружили, что два водных мира Kepler-138 c и d являются планетами-близнецами, практически с одинаковыми размерами и массой, в то время как ранее считалось, что они совершенно разные. С другой стороны, подтверждено, что ближайшая планета, Kepler-138 b, является небольшой планетой с массой Марса , одной из самых маленьких экзопланет, известных на сегодняшний день.

«Поскольку наши инструменты и методы станут достаточно чувствительными, чтобы находить и изучать планеты, которые находятся дальше от своих звезд, мы можем начать находить гораздо больше таких водных миров», — заключил Беннеке.

Ссылка: «Доказательства богатого летучими веществами состава планеты с радиусом 1,5 земного радиуса» Кэролайн Пиоле, Бьёрна Беннеке, Хосе М. Альменара, Дайаны Драгомир, Хизер А. Кнутсон, Дэниела Торнгрена, Меррина С. Петерсона, Яна Дж. М. Кроссфилда. , Элиза М.-Р. Кемптон, Дарья Кубышкина, Эндрю В. Ховард, Рут Ангус, Ховард Исааксон, Лорен М. Вайс, Чарльз А. Бейхман, Джонатан Дж. Фортни, Лука Фоссати, Хельмут Ламмер, П. Р. Маккалоу, Кэролайн В. Морли и Ян Вонг, 15 декабря 2022, Астрономия природы .
DOI: 10.1038/s41550-022-01835-4

Космический телескоп Хаббл — проект международного сотрудничества НАСА и ЕКА. Центр космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, управляет телескопом. Научный институт космического телескопа (STScI) в Балтиморе, штат Мэриленд, проводит научные операции Хаббла. STScI управляется для НАСА Ассоциацией университетов для исследований в области астрономии в Вашингтоне, округ Колумбия.

астрономия
Дата публикации: 2022.12.24