Лавовая планета, которая должна быть голым камнем, отражает 74% света своей звезды

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил, что каменистая планета, покрытая расплавленной породой и раскалённая настолько близко к своей звезде, что год там длится меньше половины земного дня, отражает свет почти так же хорошо, как Венера. «Уэбб» проследил за планетой почти по всей её орбите и увидел, что она возвращает обратно в космос большую часть падающего на неё звёздного света, вместо того чтобы поглощать его.

Этого не должно происходить. Лава темна, и от небольшого каменистого мира, подвергающегося такому мощному излучению, ожидали, что он давно потерял свою атмосферу, превратившись в чёрный, выжженный шар. Яркая планета означает, что над магмой находится нечто: плотная атмосфера, вероятно, несущая отражающие облака, состоящие из породы, испарившейся с поверхности.

Это делает TOI-561 b одним из самых убедительных на сегодняшний день примеров каменистой планеты за пределами Солнечной системы, сохранившей атмосферу. JWST проверил ряд небольших каменистых миров, большинство из которых находятся у красных карликов, и в основном обнаружил голую скалу. Здесь же планета, имеющая наименьшее право на атмосферу, по-видимому, её сохранила.

Рекомендуем прочитатьОдна инфузия CRISPR снизила «плохой» холестерин на 53% — эффект держится уже год

Исследование, проведённое под руководством Самуэля Буше (Samuel Boucher) из Монреальского университета при участии Лизы Данг (Lisa Dang) из Университета Ватерлоо в качестве руководителя проекта, опубликовано в The Astronomical Journal. «Наше открытие бросает вызов существующим теориям, – заявила соавтор работы Анджали Пьетте (Anjali Piette) из Бирмингемского университета. – Мы ожидали, что сильно облучаемая каменистая планета, подобная TOI-561 b, потеряла свою атмосферу миллиарды лет назад».

Как «Уэбб» взвесил свет планеты, которую не может увидеть

«Уэбб» не может сфотографировать TOI-561 b, которая теряется в сиянии своей звезды на расстоянии около 280 световых лет в созвездии Секстанта. Что он может сделать, так это измерить совокупное инфракрасное свечение звезды и планеты с чрезвычайной точностью и проследить, как это свечение меняется по мере обращения планеты.

Планета почти наверняка находится в приливном захвате: одно её полушарие постоянно обращено к звезде, другое – в вечной ночи. По мере движения по орбите «Уэбб» видит то больше горячего дневного полушария, то больше ночного. Когда планета скрывается за звездой, её свет исчезает, и величина этого падения даёт прямое значение свечения дневной стороны. Этот подъём и спад на протяжении орбиты называется фазовой кривой.

Команда направила инструмент NIRSpec «Уэбба» на систему примерно на 37 часов без перерыва, охватив почти четыре оборота, в инфракрасном диапазоне длин волн от примерно 3 до 5 микрометров. Дневная сторона планеты добавляет лишь несколько десятков частей на миллион к свету звезды. Чтобы выделить этот сигнал, исследователи также смоделировали грануляцию – медленный рисунок кипения на поверхности звезды, вызывающий мерцание её яркости.

«Этот метод, известный как фазовая кривая, показал, что планета отражает значительное количество света от своей звезды, а тепло перераспределяется по всей планете, а не только на освещённой стороне, – сказала Данг. – Вместе эти факты указывают на наличие атмосферы».

Почему цифры исключают голую скалу

Аргумент строится на энергетическом балансе. Тёмная голая скала на таком расстоянии, поглощающая всё и не переносящая тепло на ночную сторону, должна иметь дневную температуру около 3200 кельвинов, то есть примерно 2900 градусов Цельсия. «Уэбб» измерил около 2050 кельвинов на дневной стороне (примерно 1780 градусов Цельсия) и примерно 1090 кельвинов на ночной стороне (около 820 градусов Цельсия). У голой скалы нет способа согреть свою вечную ночь.

Ночная сторона всё ещё недостаточно тепла, чтобы объяснить недостающую энергию, поэтому большая её часть должна отражаться до поглощения. Исходя из этого баланса, команда выводит сферическое альбедо (долю падающего звёздного света, которую планета отправляет обратно в космос) равным примерно 0,74 с погрешностью около одной десятой. Венера, окутанная облаками серной кислоты, имеет альбедо около 0,77, Земля – около 0,3, а Луна – около 0,1. Лабораторные тесты показывают, что лава является плохим отражателем, поэтому то, что отражает свет, – это не поверхность.

Компьютерная модель климата планеты подтвердила это. Команда протестировала атмосферы из водяного пара, воды с углекислым газом и почти чистого кислорода при поверхностном давлении до 10 бар (в десять раз больше земного). Тёмная голая скала дала фазовую кривую, значительно превышающую наблюдаемую, в то время как яркие атмосферы с давлением от 1 до 10 бар оказались наиболее близкими, независимо от состава газа. Авторы подозревают, что реальная атмосфера ещё плотнее, поскольку низкая плотность планеты указывает на глубокую оболочку, а тонкий слой не выдержал бы миллиардов лет такого излучения.

Облака из того же материала, что и песок

Вероятными отражателями являются облака из силикатных минералов – семейства, включающего кварц и обычный песок. Дневная сторона достаточно горяча, чтобы испарять породу из магматического океана, и там, где воздух остывает, у границы дневной стороны, этот пар может конденсироваться в зёрна диоксида кремния и силиката магния, которые очень эффективно рассеивают свет на длинах волн, используемых «Уэббом».

Команда протестировала самый жёсткий случай – планету, которая ничего не отражает и, следовательно, имеет максимально возможную температуру дневной стороны. Облака всё равно образовались на утренней стороне, и их одних было достаточно для сферического альбедо около 0,24. Это предполагает наличие обратной связи: облака охлаждают дневную сторону, более холодный воздух позволяет образовываться большему количеству облаков, и планета становится ещё ярче. Отворачивая свет, облака также уменьшают энергию, которая уносит газ в космос, действуя как солнцезащитный крем для самой атмосферы. Аналогичный эффект был предложен для горячего нептуна LTT 9779 b, одной из самых отражающих экзопланет.

Что остаётся невыясненным

Никто не знает, из чего состоит атмосфера. Это может быть плотная углекислотная оболочка, гораздо более горячая Венера, или богатая диоксидом серы, как газы, выбрасываемые вулканическим спутником Юпитера Ио. Климатические модели одинаково хорошо соответствуют как водно-богатым, так и кислородно-богатым смесям, и авторы воздерживаются от ранжирования.

Два детектора NIRSpec также расходятся. Один показывает, что самая горячая точка смещена к западу от того места, где предсказывают модели, другой – ночную сторону холоднее, чем любая модель воспроизводит. Команда говорит, что это может быть остаточным звёздным мерцанием, известными дрейфами в одном детекторе или реальными различиями в облаках или газах в зависимости от длины волны. Температуры основаны на узком инфракрасном окне, которое пропускает пик свечения планеты, поэтому они являются наилучшими оценками.

Самая глубокая проблема – почему атмосфера вообще существует. Теория утечки утверждает, что такая сильно облучаемая суперземля должна быть лишена атмосферы. Авторы перечисляют четыре возможных пути: планета родилась богатой газом, как мини-нептун; тяжёлые вторичные атмосферы утекают гораздо медленнее, чем лёгкие водородные; планета сформировалась дальше и мигрировала внутрь поздно, после самой бурной молодости своей звезды; или газы, запертые внутри расплавленных недр, просачиваются обратно, а магматический океан действует как планетарный вулкан. Более одного из этих сценариев могут быть верны.

Каменистый мир со слишком малым количеством камня

TOI-561 b – самая внутренняя из четырёх известных планет вокруг звезды, немного меньше и холоднее Солнца, возрастом около 10 миллиардов лет (вдвое старше Солнца). Планета примерно в 1,4 раза шире Земли и в 2,2 раза массивнее, поэтому она менее плотная, чем Земля и большинство планет на таких тесных орбитах, что является ранним намёком на глубокий слой более лёгкого материала. Она обращается примерно в 35 раз ближе к своей звезде, чем Меркурий к Солнцу, примерно за 10,7 часов и получает примерно в 4700 раз больше звёздного света, чем Земля.

Часто задаваемые вопросы о TOI-561 b

Что такое TOI-561 b?

Каменистая суперземля на расстоянии около 280 световых лет, примерно в 1,4 раза шире Земли. Она обращается вокруг своей звезды примерно за 10,7 часов, настолько близко, что её поверхность, как полагают, представляет собой глобальный океан магмы.

Есть ли у TOI-561 b атмосфера?

Данные говорят «да». «Уэбб» измерил дневную сторону, которая намного холоднее, чем должна быть голая скала, и тёплую ночную сторону, что вместе требует наличия плотной атмосферы, отражающей свет и перемещающей тепло по планете.

Могут ли на лавовой планете быть облака?

Вероятно. На TOI-561 b пары породы из магматического океана могут конденсироваться в облака из диоксида кремния и силиката магния там, где воздух на дневной стороне остывает, и эти облака являются основным объяснением её сферического альбедо около 0,74.

Может ли кто-то жить на TOI-561 b?

Нет. С дневной температурой около 1800 градусов Цельсия и поверхностью из расплавленной породы планета находится далеко за пределами любого диапазона, в котором может выжить известная нам жизнь. Её ценность в том, что она показывает, как каменистые планеты сохраняют или теряют свою атмосферу.

Что дальше

Те же данные «Уэбба» включают транзитный спектр – звёздный свет, профильтрованный через атмосферу, когда планета проходила по диску звезды, – который команда проанализирует в готовящейся статье, чтобы изучить толщину, состав и облака атмосферы. Они также моделируют, как внутренности и атмосфера развивались вместе, чтобы понять, какой путь утечки соответствует реальности.

«Уэбб» собрал фазовую кривую в течение двух дней в мае 2024 года в рамках наблюдательной программы 3860. Первый анализ дневной стороны, проведённый Джоанной Теске (Johanna Teske) из Института Карнеги, был объявлен в декабре 2025 года и показал, что планета слишком холодна для голой скалы. Статья о фазовой кривой была опубликована онлайн 29 сентября 2026 года, а Бирмингемский университет объявил о результате 26 октября 2026 года.

Решающим тестом станет фазовая кривая, полученная с помощью среднеинфракрасного инструмента MIRI «Уэбба», который позволит независимо определить температуры дневной и ночной сторон, будет меньше подвержен звёздному мерцанию и охватит полосу 15 микрометров, где углекислый газ оставляет сильный след. «Наблюдение планеты на более длинных волнах с помощью JWST может дать нам новые знания и помочь объяснить, как такая горячая планета смогла удерживать атмосферу в течение миллиардов лет», – сказала Данг.

Источник: Boucher et al., «A Highly Reflective Atmosphere on the Lava World TOI-561b Revealed by JWST/NIRSpec Phase Curves,» The Astronomical Journal, 2026. DOI: 10.3847/1538-3881/ae9763

Теги: астрономия, James Webb Space Telescope, экзопланеты, TOI-561 b, атмосферы экзопланет, лавовая планета

Похожее

Деформационно-инженерные плёнки La₃Ni₂O₇ достигают сверхпроводимости 40K без экстремального давления

James Webb построил карту 164 000 галактик и раскрыл космическую паутину раннего мира

Блокировка одного белка превращает иммунные клетки в более эффективных уничтожителей рака

Три системы мозга разрушаются одновременно в возрасте 50–75 лет, показывает карта гиппокампа

Две чилийские мумии хранят первое генетическое доказательство европейского происхождения оспы

Год приёма препарата отсрочил ревматоидный артрит на четыре года у людей из группы риска