Приливные волны лавы могут обрушиваться на инопланетные миры

Фото из открытых источников

Исследователи сообщили на конференции Rocky Worlds, а также в препринте, опубликованном в arXiv, что на горячих инопланетных мирах могут бушевать огромные приливные волны лавы. И эти волны расплавленной породы могут искажать результаты наблюдений за атмосферами далёких планет.

Солнце и Луна приводят к приливам и отливам на Земле, но эти приливные волны будут подниматься под действием сильных гравитационных сил, действующих на планеты, находящиеся на тесных орбитах вокруг своих звезд. Например, лавовые приливные волны на раскаленной экзопланете 55 Cancri e — каменистом мире, который совершает оборот вокруг своей звезды каждые 18 часов — могут подняться на несколько сотен метров в высоту и двигаться со скоростью бегуна, говорит Мохаммад Фархат, планетолог из Калифорнийского университета в Беркли, представивший результаты моделирования.

Лавовые приливы — это не просто любопытный факт. Волны могут быстро распространять тепло по планетам, вызывая колебания температуры на сотни или даже тысячи градусов, что может осложнить данные, которые астрономы часто используют для вывода о существовании атмосфер на экзопланетах. «Это как раз то, что интересно, ново и потенциально поддается проверке», — говорит планетарный астроном Лаура Крейдберг из Института астрономии имени Макса Планка, которая не принимала участия в этой работе. «У меня было наивное представление о том, что лавовые потоки движутся слишком медленно, чтобы оказывать наблюдаемое воздействие, но эта новая работа указывает на обратное».

Когда планетологи исследуют приливы на лавовых планетах, они обычно рассматривают лаву как текучее твердое вещество. Под воздействием приливов и деформаций твердые вещества выделяют тепло, выделяемое трением, а текучие, менее вязкие вещества выделяют его меньше. Но лава — это не текучее твердое вещество, говорит Фархат. Это вязкая жидкость, которая течет и закручивается таким образом, что под воздействием приливов выделяется гораздо больше тепла. Поэтому ученые недооценивали количество тепла, которое приливы могут перекачать на лавовую планету, говорит Фархат.

В компьютерных симуляциях Фархат и его коллега из Калифорнийского университета в Беркли Юджин Чанг рассматривали лавовые волны, вызванные слегка эксцентричными орбитами — отклонениями на несколько процентов от идеальной окружности. Это не кажется невероятным; эксцентриситет Меркурия превышает 20%. В этих условиях Фархат и Чанг обнаружили, что приливы и отливы лавовых волн высвобождают достаточно тепла, чтобы расплавить глубокие слои планет. На планетах размером с Землю это потенциально может расплавить все, что находится между поверхностью и ядром. Фархат говорит, что это неожиданно, потому что исследователи обычно представляют себе лавовые планеты как имеющие лишь неглубокие лужицы магмы на своих обращенных к звезде полушариях. (Ожидается, что планеты, находящиеся близко к Земле, будут «приливно заблокированы», с полушариями, где постоянно меняются день и ночь.)

Там, где лавовые волны перекрываются, Фархат и Чанг обнаружили, что они могут объединяться и подниматься в раскаленные сгустки жидкой породы, температура которой на сотни градусов выше, чем температура всего окружающего. Это дополнительное тепло может быть видно на орбитальной обсерватории JWST НАСА в виде хаотичных вспышек тепла и блуждающих горячих точек, что означает возможность обнаружения лавовых приливов. Но это также может осложнить поиски инопланетных атмосфер.

Ученые часто ищут инопланетную атмосферу, измеряя температуру дневных полушарий планет. Наличие атмосферы распространило бы тепло на ночную сторону, из-за чего дневная сторона выглядела бы холоднее, чем ожидалось для голой скалы. Но если лавовые волны могут расплавлять глубокие магматические океаны и создавать блуждающие сгустки горячего материала, это поднимает вопросы о том, «будет ли это имитировать наблюдаемый сигнал атмосферы», — говорит планетолог Джоанна Теске из Лаборатории наук о Земле и планетах Карнеги, которая не принимала участия в исследовании.

Приливы лавы, возможно, уже ввели ученых в заблуждение. На 55 Cancri e наблюдаются резкие колебания температуры на 1000°, которые остаются необъяснимыми уже около десяти лет. Исследователи рассматривали различные объяснения, от лавового дождя до отражающих каменистых облаков, но так и не пришли к единому мнению. Однако, если орбита 55 Cancri e достаточно эксцентрична — а ученые пока не знают, так ли это — приливы лавы могут объяснить непостоянные температуры планеты, говорит Джейшил Патель, планетолог из Технического университета Дании, который использует телескоп JWST для наблюдения за 55 Cancri e. «Если это правда, это может объяснить наши наблюдения».