55 Cancri e: magma vandenyno įrodymai ir vandenilio atmosfera

Įsivaizduokite planetą, kurios dieninė pusė tiesiog ištirpusi, upės iš uolienos, dangus suteptas garais ir egzotinėmis dujomis, o naktis tokia arti, kad galima pajusti žvaigždės šilumos likučius. Tai yra 55 Cancri e: labai arti savo žvaigždės esanti superžemė, maždaug už 41 šviesmečio nuo Žemės, apsisukanti maždaug per 0,7 dienos ir sinchroniškai susirišusi, todėl viena jos pusė visada žvelgia į žvaigždę.

Naudodami Džeimso Webbo kosminį teleskopą, astronomai penkis kartus stebėjo, kaip šis pasaulis išnyksta už žvaigždės. Kiekvienas antrinis užtemimas buvo trumpas eksperimentas: kai planeta nuslysta iš akių, lieka tik žvaigždės šviesa, atskleidžianti, ką planeta prisidėjo, t. y. šiluminį spindesį ir jos atmosferos spektrinius parašus. Tyrėjų analizė labiau linksta prie vandeniliu gausios atmosferos, su reikšmingu anglies monoksidu (CO) ir mažesniais kiekiais anglies dioksido (CO2), o tokia chemija rodo giluminį ryšį su planetos ištirpintu vidumi.

Kodėl tai svarbu? Nes uolinės planetos antrinė atmosfera nėra atsitiktinis dujų sluoksnis. Tai tarsi knyga apie vidaus sandarą, parašyta lakiųjų junginių kalba. Vandenilio dominavimas ir ryškios spektrinės inversijos, kurias modeliai generuoja, nurodo redukuotą vidų – trumpai tariant, aplinką su mažesniu deguonies kiekiu, kurioje magmos vandenynas gali išskirti vandenilio turinčius mišinius. Toks vidaus redokso lygis formuoja viską: nuo to, kas išeina nuo paviršiaus, iki trumpalaikių debesų, galinčių praplaukti per dieninę pusę.

Šie penki užtemimai nebuvo vienodi. Nedideli, bet matomi skirtumai tarp jų leidžia manyti, kad planeta yra dinamiška: epizodiniai išsiskyrimai gali sukelti trumpalaikius debesys ar drumstis, kurios laikinai uždengia ir atvėsina ištirpintus paviršiaus plotus, o vėliau jas nuvalo atsinaujinanti vulkaninė veikla. Įsivaizduokite garų uždangas, kurios susidaro ir išnyksta per valandas ar dienas, keisdamos planetos spektrinį parašą tarp stebėjimų.

Meninė 55 Cnc e iliustracija. 

Tai kita vulkanizmo forma negu matome Io atveju. Jupiterio palydovas verda dėl įtampų, kurias sukelia potvyninė šiluma – ištemptas gravitacija jis išspjauna lavą praktiškai visur. 55 Cancri e ir panašiose egzoplanetose šiluma kyla iš žvaigždės. Šios planetos tokios arti savo žvaigždžių, kad paviršinės uolienos tirpsta dėl žvaigždės spinduliuotės, o ne dėl vidaus potvyninių deformacijų. Rezultatas gali būti dieninės pusės magmos vandenynas sinchroniškai susirišusioje planetoje arba, priklausomai nuo orbitos periodo ir sudėties, ištirpę lopinėliai, nukreipti į žvaigždę.

55 Cancri e nėra vienintelė, kuri sukelia tokius ekstremalius planetinius karščius. Per pastarąjį dešimtmetį astronomai katalogavo kelias lava egzoplanetas – CoRoT-7 b, K2-141 b, L 98-59 d, TOI-561 b ir kitas – kiekviena turi savitą orbitos greičio ir temperatūros derinį. Kai kurios apsuka orbitą per kelias valandas ir yra išdegintos visu paviršiumi; kitos rodo magmą, apribotą žvaigždės nukreiptoje pusrutulyje. Jų palyginimas leidžia mokslininkams atskirti, kurios savybės kyla iš formavimosi istorijos, kurios iš žvaigždės apšvitinimo, o kurios iš vidaus chemijos.

Be paties ištirpusių kraštovaizdžių dramos, šie spektriniai aptikimai atneša svarbią naudą: jie leidžia susieti atmosferą su mantija. Jei vandeniliu gausūs modeliai pasitvirtins, tai reikštų redukuotą magmos vandenyną ir išsiskyrimo chemiją, labai skirtingą nuo Žemės deguonimi turtingų vulkaninių emisijų. Tai keičia mūsų supratimą apie atmosferos išsilaikymą, paviršiaus chemiją ir net ilgalaikę artimų uolinių planetų evoliuciją.

Webbo stebėjimai yra tik atverstas skyrius, o ne galutinis žodis. Daugiau užtemimų, platesnis bangų ilgių spektras ir laiko priklausomi stebėjimai patikrins, ar trumpalaikiai debesys yra įprasta meteorologija ar vienkartiniai išsiveržimai. Kiekvienas duomenų rinkinys nuima dar vieną šių pragų sluoksnį, mokydamas mus, kaip uolinės planetos elgiasi veikiamos milžiniško astronominio spaudimo.

Išmokome skaityti tolimą šviesą su išskirtiniu tikslumu. Dabar turime išmokti klausytis mažų, kintančių planetų natų, kurių geologija rašo save garais ir liepsna.