потеря атмосферы планетами

Космический телескоп JWST навёл объектив на раскалённый каменный мир 55 Рака e — и увидел плотную газовую оболочку. А у более прохладной TRAPPIST-1 b, которая кружит у тусклого красного карлика, оболочки не оказалось: голая скала. Картина вышла перевёрнутой: горячие планеты держат атмосферу, холодные — теряют.

Планета в зоне обитаемости — ещё не гарантия жизни. Как дирижёр управляет оркестром, так и звезда на протяжении миллиардов лет диктует темп и характер эволюции планетных атмосфер.

Стеклянные линзы и зеркала кажутся идеально гладкими и неподвижными. Но внутри них кипит скрытая жизнь. Атомы в аморфном материале (веществе без кристаллической решетки) упакованы беспорядочно, и эта неразбериха создает сложный ландшафт энергии — как горная страна с бесчисленными холмами и долинами. В таких материалах всегда есть дефекты — места, где атомы сидят неудобно.

В 2024 году команда Дэвида Шарбонно направила телескоп Magellan со спектрографом WINERED на LHS 1140. В момент транзита спектроскопия высокого разрешения поймала линию поглощения метастабильного гелия на 10833 Å.

Субнептун — это планета, которая по размеру находится между Землёй и Нептуном. Таких миров очень много в нашей Галактике, но их устройство до сих пор вызывает споры. Новое исследование показывает, что в молодости эти планеты ведут себя как губка, пропитанная водой. Роль воды играет водород — самый лёгкий газ во Вселенной.

Мир, где год длится всего полтора земных дня, а звезда на небе в сотни раз больше нашего Солнца. Это KELT-9 b — газовый гигант, разогретый до температур, при которых железо испаряется. Его атмосфера не просто нагрета, она буквально кипит и улетает в космос, словно пар над гигантским котлом.

Раскалённая каменная планета похожа на кастрюлю с кипящим супом, только крышка у неё — атмосфера. Газы вырываются из магмы, окутывают мир плотным одеялом и сами же влияют на то, как быстро остывает небесное тело. Для планеты GJ 1132 b, которая находится так близко к своей звезде, что год там длится всего полтора земных дня, эта связь особенно важна.

Планета размером с Нептун, но раскалённая добела. Под облаками — океан магмы, способный впитать целую атмосферу водорода. Новая модель SEAMIST впервые проследила, как такое растворение меняет судьбу планеты от рождения до старости. Главный сюрприз — механизм катастрофического выкипания.

Когда астрономы вглядываются в далёкие миры, они часто видят не чёткие линии водяного пара или метана, а размытый силуэт — словно планета накинула плотную вуаль. Эта вуаль, дымка из органических частиц, ведёт себя как капризная фотопластинка: темнеет под действием жёсткого ультрафиолета, проявляя скрытые химические узоры.

Среди ледяных глыб, что носятся в пустоте, есть особые путешественники — межзвёздные кометы. Они родились у далёких звёзд и случайно залетели в наши края. Одна из них, 3I/ATLAS, попала под прицел телескопов, когда приближалась к Солнцу. Её вещество — замёрзшие газы и тугоплавкая пыль — начало испаряться, оставляя за собой светящийся хвост.

Планета, прижавшаяся к своей звезде, похожа на кусок льда, забытый на раскалённой сковороде. Лёд тает и испаряется, только вместо воды — водород и гелий, из которых состоит верхний слой планеты. Иногда испарение такое сильное, что газ не просто улетает в космос, а оборачивается вокруг звезды и образует кольцо, похожее на надувной круг.

Солнечный ветер и ультрафиолет постоянно снимают с Земли тонкий слой газов — как ветер уносит пар над горячей кастрюлей. Этот процесс идёт медленно, миллиарды лет. Но у планет возле красных карликов всё жёстче: они греются у самой звезды, и потоки рентгена сдирают атмосферу, словно пескоструйный аппарат.

Климат планеты похож на старую пружинную кровать: нажмёшь на один край — пружины сожмутся, отпустишь — распрямятся и вернут всё на место. У Земли таких пружин три, и они работают как команда. Углекислый газ выветривается из горных пород, облака отражают солнечный свет, а ледяные шапки отбрасывают тепло обратно в космос. Вместе они не дают планете ни закипеть, ни замёрзнуть.

Планеты-изгои — тела, выброшенные из родных звёздных систем гравитационными возмущениями, — могут служить приютом для жизни на собственных спутниках. Луна такой планеты способна миллиарды лет сохранять тепло и поддерживать жидкую воду под плотной атмосферой. Ключ к этому — сочетание внутреннего источника энергии и эффективной термоизоляции.

Молодая звезда окружена плоским вращающимся диском из газа и пыли — это строительная площадка будущих планет. Диск живёт своей жизнью: газ течёт к звезде, пыль слипается в комки, а снаружи на всё это давит жёсткий ультрафиолет от соседних горячих звёзд, как ветер сдувает листья с дорожки.

Молодая планета растёт, как снежный ком, катящийся по склону: к ней прилипают бесчисленные мелкие камешки из окружающего газового диска. Чем больше она становится, тем сильнее притягивает к себе газ — водород и гелий. Вокруг образуется плотная, горячая оболочка.

Обычный уголь, оставленный под палящим солнцем, просто нагревается. Но если перенести его в космос и поднести к Солнцу на расстояние в двадцать раз меньше, чем от Земли, он не выдержит и нескольких минут. Примерно так ведут себя тёмные астероиды, богатые углеродом. Их почти не находят на орбитах, которые ныряют глубоко внутрь орбиты Меркурия.

Каменистая планета у другой звезды — как блюдо в печи. Звезда задаёт температуру: чем дальше, тем холоднее. От режима нагрева и типа звезды (вроде Солнца или тусклее) зависит смесь газов с углеродом в воздухе: углекислый, угарный, метан. На окраине зоны, где свет едва греет, происходит «угарный коллапс».

Далеко за пределами Солнечной системы, в межзвёздной тьме, странствует мир VHS 1256B — планета-гигант, навсегда лишённая родительской звезды. Астрономы долго не могли объяснить загадочное поведение её фотометрической яркости: она скачет почти на 40% в течение нескольких дней.

Экзопланета WASP-121b обращается настолько близко к своей звезде, что экстремальный жар заставляет её газовую оболочку испаряться и истекать в пространство, подобно хвостам кометы.

У многих планет, обращающихся вокруг других звёзд — экзопланет — орбиты вытянуты, словно эллипсы. При каждом сближении со звездой её гравитация сжимает и растягивает планету, будто месит тесто: это явление называется приливным разогревом. Трение в недрах порождает колоссальное тепло, которое плавит горные породы, создавая обширные подземные океаны магмы.

Сверхгорячая суперземля TOI-561 b делает полный оборот вокруг своей звезды за 10,7 часа. Это раскалённый каменный шар, прижатый к звезде так близко, что его дневная сторона должна раскаляться до 2950 К — температуры, при которой плавятся многие минералы.