Meklējot dzīvību ārpus Zemes, zinātnieki īpašu uzmanību pievērš akmeņainām planētām ar atmosfēru, jo atmosfēra ir būtiska šķidra ūdens pastāvēšanai uz planētas virsmas. Tomēr no vairāk nekā 6300 līdz šim katalogā iekļautajām eksoplanētām lielākā daļa nav akmeņainas, bet tikai nelielai daļai zināmo akmeņaino planētu ir konstatētas iespējamās atmosfēras.

Pētījumā, kas publicēts žurnālā The Astrophysical Journal Letters, Čikāgas Universitātes zinātnieka Brendona Pārka Koja vadītā komanda ziņo par atmosfēras pazīmēm ap HD 3167 b — akmeņainu superzemi Zivju zvaigznājā. Šī ārkārtīgi karstā planēta tiek klasificēta kā “lavas pasaule”, un tās orbīta ap zvaigzni ilgst tikai vienu Zemes dienu.

“Pārsteidzoši ir tas, ka, akmeņainai planētai tuvojoties savai zvaigznei, tai vajadzētu būt arvien grūtāk saglabāt atmosfēru, jo zvaigžņu vējš to bombardē un zvaigzne nodrošina vairāk augstas enerģijas fotonu. Tomēr šķiet, ka daudzām no šīm lavas pasaulēm atmosfēra ir,” skaidroja Čikāgas Universitātes ģeofizikas zinātņu asociētais profesors Edvins Kaits, pētījuma līdzautors. Viņš piebilda, ka šīs planētas ir pārāk karstas dzīvībai, taču to izpēte ļauj izprast procesus, kas svarīgi arī citām akmeņainām pasaulēm.

Karstāko planētu atmosfēru meklējumi

Pētījuma pirmais autors Kojs, Kite pētniecības grupas doktorants, skaidroja, ka viens no galvenajiem jautājumiem, uz kuriem tiek izmantots Džeimsa Veba teleskops, ir tas, vai planētām, kas riņķo ap daudz mazākām zvaigznēm nekā Saule, ir atmosfēra. Lielākā daļa šādu sauszemes tipa planētu, pēc pašreizējām pazīmēm, ir tikai kails iezis.

Tomēr pētnieki ir atraduši pierādījumus, ka atmosfēra varētu būt lielākajai daļai lavas pasauļu — planētu, kuru sastāvs ir līdzīgs Zemes un Venēras sastāvam, bet temperatūra ir daudz augstāka. Kopumā piecām atmosfēru saturošām sauszemes tipa planētām, tostarp HD 3167 b, ir konstatēta ārkārtīgi augsta temperatūra.

HD 3167 b izceļas ar to, ka tā ir līdz šim vēsākā lavas pasaule, kurai atrastas atmosfēras pazīmes. Tas ir nozīmīgi, jo zinātnieki mēģina noteikt temperatūras pāreju starp planētām, kuras atmosfēru saglabā, un tādām, kurām tās nav.

Šis ir pirmais rezultāts programmā, kuru vada Megana Vainere Mensfīlda, kura ieguvusi doktora grādu 2021. gadā un tagad strādā Merilendas Universitātē. Programmas laikā tiek pētītas 10 īpaši karstas lavas pasaules, lai noskaidrotu, vai pastāv kritiska temperatūra, virs kuras planētām sāk veidoties atmosfēra.

“Mūs interesē šādu planētu izpēte, jo domājam, ka agrīnā Zeme varēja izskatīties ļoti līdzīga lavas pasaulei,” sacīja pētījuma autors Brendons Pārks Kojs.

Kā iespējams noteikt eksoplanētas atmosfēru

Pašlaik nav iespējams tieši aplūkot Zemei līdzīgas planētas, lai meklētu dzīvības pazīmes. Tā vietā Veba teleskops uztver gaismu vidējā infrasarkanā starojuma diapazonā. Pēc tās iespējams aprēķināt eksoplanētas temperatūru un spriest, vai tai varētu būt atmosfēra.

Eksoplanētu izpētē tiek izmantotas divas galvenās metodes. Tranzīta laikā planēta šķērso savu zvaigzni, uz laiku samazinot tās redzamo gaismu. Otrā metode, ko izmantoja šajā pētījumā, ir sekundārais aptumsums: planēta aiziet aiz savas zvaigznes, un pētnieki izmēra, cik daudz gaismas šajā brīdī pazūd. Atšķirība ļauj noteikt, cik daudz vidējā infrasarkanā starojuma nāk no pašas planētas, un tādējādi novērtēt tās temperatūru.

Ja planētai nebūtu atmosfēras, tās zvaigznei pievērstā dienas pusei vajadzētu sasniegt teorētiski maksimālo temperatūru, ko nosaka virsmas atstarošanas spēja un attālums līdz zvaigznei. Atmosfēra savukārt varētu pārnest siltumu no dienas puses uz nakts pusi. Līdzīga parādība novērojama uz Venēras, kur virsmas temperatūra dienas un nakts pusē, kā arī pie poliem un ekvatora, atšķiras ļoti maz.

Atmosfēra varētu ietvert arī mākoņus, kas atstaro ienākošo zvaigznes gaismu un atdzesē dienas pusi. Tādēļ, ja planētas dienas puse ir vēsāka, nekā paredzams maksimālajā scenārijā, tas, visticamāk, liecina par atmosfēras klātbūtni. HD 3167 b dienas puse ir ievērojami vēsāka par sagaidāmo maksimumu, sniedzot spēcīgus pierādījumus, ka tai ir atmosfēra.

No kā varētu sastāvēt HD 3167 b atmosfēra

Lavas pasaules savu nosaukumu ieguvušas tāpēc, ka to zvaigznei pievērstā virsma, visticamāk, ir izkusis iezis. Pētnieki uzskata, ka HD 3167 b varētu būt bagāta ar silikātiem un tās minerālu maisījums varētu līdzināties tam, kas veido Zemes mantiju.

Pirms šī pētījuma zinātnieki domāja, ka ārkārtīgi karsto planētu atmosfēras galvenokārt veidotu iztvaikojis iezis. Tomēr arvien vairāk parādās pazīmju, ka dažās no tām varētu būt arī smagākas gāzes, piemēram, oglekļa dioksīds, oglekļa monoksīds vai ūdens.

Pagaidām nav noskaidrots, no kā tieši sastāv HD 3167 b atmosfēra, tāpēc pētnieki vēlas iegūt jaunus novērojumus. Fakts, ka četras citas lavas pasaules ar atmosfēru atrodas īpaši karstu planētu režīmā, rada jautājumu, vai pastāv kritiska temperatūra, pie kuras silikātu atmosfēras sāk kļūt ļoti biezas.

Zinātnieki arī vēlas noskaidrot, vai noteiktā temperatūrā uz šīm planētām veidojas silikātu mākoņu slāņi, kas varētu atstarot starojumu atpakaļ kosmosā un atdzesēt dienas pusi. Salīdzinoši vēsākā HD 3167 b palīdz precīzāk raksturot šo pāreju un noteikt tās robežas.

Lai gan šīs pasaules nav piemērotas dzīvībai, tās var sniegt ieskatu Zemes agrīnajā vēsturē. Pētnieki uzskata, ka Saules sistēmas pirmsākumos, kad veidojās sauszemes tipa planētas, tās bija ārkārtīgi karstas daudzo planetezimāļu sadursmju radītās enerģijas dēļ. Arī Zemei bijis tā dēvētais magmas okeāna posms, kad tās virsma bija pilnībā šķidra. HD 3167 b pētījums ļauj izpētīt, kādi apstākļi varēja valdīt Zemes pirmajos pāris miljonos gadu.