Несмотря на многочисленность уже обнаруженных экзопланет, никаких признаков глобальной тектонической активности на планетах за пределами нашей Солнечной системы обнаружено еще не было. Но теперь ученым все же удалось выявить далекий мир, для которого может быть характерна особая форма вулканизма: внутри планеты LHS 3844b материал может перетекать из одного полушария в другое, вызывая при этом извержения вулканов.
На Земле тектоника плит ответственна не только за образование гор и землетрясения. Она также является неотъемлемой частью круговорота вещества, которое переносит материал изнутри планеты на поверхность и в атмосферу, после чего возвращает его обратно под земную кору. Следовательно, тектоника имеет решающее влияние на условия, которые в конечном итоге делают Землю пригодной для жизни.
Но до сих пор исследователи не обнаруживали никаких признаков глобальной тектонической активности на планетах за пределами нашей Солнечной системы. Группа исследователей во главе с Тобиасом Мейером из Центра космоса и обитаемости (CSH) при Бернском университете, при участии университета ETH Zurich, Оксфордского университета и Национального исследовательского центра NCCR PlanetS, обнаружила признаки структуры потока. внутри планеты, находящейся на расстоянии 45 световых лет от Земли. Это планета - LHS 3844b.
«Наблюдать за признаками тектонической активности очень сложно, потому что они обычно скрыты под атмосферой», - объясняет Мейер. Однако недавние данные показывают, что LHS 3844b вряд ли может иметь атмосферу. Немного большая, чем Земля, и, вероятно, такая же каменистая, она вращается вокруг своей звезды так близко, что на одной стороне планеты постоянно стоит день, а на другой ночь - точно так же, как Луна всегда обращена к одной и той же стороной к Земле. Поскольку там нет атмосферы, защищающей ее от интенсивного излучения звезды, поверхность планеты раскалена докрасна: на дневной стороне температура может достигать 800° C. Ночная же сторона - это царство ледяного холода. Там температура может опускаться ниже минус 250° C.
«Мы предположили, что такой сильный температурный контраст может влиять на потоки вещества внутри планеты», - вспоминает Мейер. Чтобы проверить свою теорию, команда провела серию компьютерных симуляций, в которых варьировались прочность материала и внутренние источники тепла, такие как тепло ядра планеты и распад радиоактивных элементов. При моделировании учитывалась большая разница температур на поверхности, вызванная влиянием родительской звезды.
«В большинстве симуляций восходящее течение проявлялось только на одной стороне планеты, а соответствующее нисходящее течение - на другой стороне. То есть материал перетекал из одного полушария в другое», - говорит Мейер. - «Исходя из того, к чему мы привыкли на Земле, можно было бы ожидать, что материал будет более легким в жаре тамошнего дня и, следовательно, будет течь вверх в направлении поверхности, и в обратном направлении в условиях ночи», - объясняет соавтор работы Дэн Бауэр из Бернского университета и NCCR PlanetS.
Но проведенное командой моделирование в некоторых случаях показывало также и обратное направление потока. «Этот изначально противоречивый результат можно объяснить изменением степени вязкости в зависимости от температуры: холодный материал более твердый и поэтому не хочет изгибаться, ломаться или проваливаться внутрь. Более теплый материал, с другой стороны, менее жесткий - даже твердая порода становится более подвижной при нагревании - и может легче течь внутрь планеты», - объясняет Бауэр. В любом случае эти результаты показывают, что обмен материалами на поверхности и внутри планеты может происходить совсем иначе, чем на Земле.
Такой поток материалов может иметь необычные последствия. «К какой бы стороне планеты ни поднимался материал, можно ожидать большого количества вулканизма на соответствующей стороне», - сказал Бауэр. Подобные глубокие восходящие течения в земных условиях могут вызвать вулканическую активность на Гавайях и в Исландии. Итак, планета может выглядеть так, что одно ее полушарие насчитывает бесчисленное множество вулканов - так сказать, вулканическое полушарие, когда на другом полушарии вулканы практически отсутствуют.
«Наше моделирование показывает, как могут проявляться такие закономерности, но для их проверки потребуются более подробные наблюдения. Например, путем обнаружения вулканических газов или с помощью карт температур поверхности с более высоким разрешением, которые могут указывать на усиление выделения газов из-за вулканизма. Мы надеемся, что дальнейшие исследования помогут нам это понять», - сказал Майер.