Представьте, если бы Земля была намного ближе к Солнцу. Так близко, что целый год длится всего несколько часов. Настолько близко, что гравитация заперла одно полушарие в постоянном обжигающем дневном свете, а другое — в бесконечной тьме. Так близко, что океаны выкипают, скалы начинают таять, а облака проливают лаву. Хотя в нашей Солнечной системе ничего подобного не существует, такие планеты — скалистые, размером примерно с землю, очень горячие и близкие к своим звездам — не редкость в галактике Млечный Путь. Каковы поверхности и атмосферы этих планет на самом деле? Космический телескоп НАСА имени Джеймса Уэбба собирается дать некоторые ответы. Сегменты зеркала прекрасно выровнены, а научные инструменты проходят калибровку. Космический телескоп НАСА имени Джеймса Уэбба находится всего в нескольких неделях от полноценной работы. Вскоре после того, как этим летом будут обнародованы первые наблюдения, телескоп начнет углубленную науку. Среди исследований, запланированных на первый год, — изучение двух горячих экзопланет, классифицированных как «суперземли» из-за их размера и каменистого состава: покрытой лавой 55 Cancri e и безвоздушной LHS 3844 b. Исследователи будут тренировать высокоточные спектрографы Уэбба на этих планетах, чтобы понять геологическое разнообразие планет по всей галактике и эволюцию скалистых планет, таких как земля. Супергорячая суперземля 55 Cancri e 55 Cancri e вращается на расстоянии менее 1, 5 миллиона миль от своей солнце подобной звезды (одна двадцать пятая часть расстояния между Меркурием и Солнцем), совершая один оборот менее чем за 18 часов. Поскольку температура поверхности намного выше точки плавления типичных породообразующих минералов, считается, что дневная сторона планеты покрыта океанами лавы. Планеты, которые вращаются так близко к своей звезде, считаются заблокированными приливами, причем одна сторона всегда обращена к звезде. В результате самой горячей точкой на планете должна быть та, которая обращена к звезде наиболее прямо, а количество тепла, поступающего с дневной стороны, не должно сильно меняться с течением времени. Но, похоже, это не так. Наблюдения за 55 Cancri e с помощью космического телескопа Спитцер НАСА показывают, что самая горячая область смещена от той части, которая обращена к звезде наиболее прямо, в то время как общее количество тепла, обнаруженное с дневной стороны, действительно варьируется. У 55 Cancri e плотная атмосфера? Одно из объяснений этих наблюдений состоит в том, что планета имеет динамическую атмосферу, которая перемещает тепло. «У 55 Cancri e может быть плотная атмосфера, в которой преобладают кислород или азот», — объяснил Реню Ху из Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии которая возглавляет группу, которая будет использовать камеру ближнего инфракрасного диапазона (NIRCam) и прибор среднего инфракрасного диапазона (MIRI) для захвата спектра теплового излучения дневной стороны планеты. «Если у него есть атмосфера, телескоп обладает чувствительностью и диапазоном длин волн, чтобы обнаружить ее и определить, из чего она состоит», — добавил Ху. Или это вечерний дождь из лавы на 55 Cancri e? Другая интригующая возможность, однако, заключается в том, что 55 Cancri e не заперта приливом. Вместо этого он может быть похож на Меркурий, совершающий три оборота за каждые два оборота (так называемый резонанс 3: 2). В результате планета будет иметь цикл дня и ночи. «Это может объяснить, почему смещается самая горячая часть планеты», — объяснил Алексис Брандекер, исследователь из Стокгольмского университета, возглавляющий другую группу, изучающую планету. «Как и на Земле, для нагрева поверхности потребуется время. Самое жаркое время дня будет днем, а не прямо в полдень». Команда Брандекера планирует проверить эту гипотезу, используя NIRCam для измерения тепла, излучаемого освещенной стороной 55 Cancri e на четырех различных орбитах. Если планета имеет резонанс 3: 2, они будут наблюдать за каждым полушарием дважды и должны быть в состоянии обнаружить любую разницу между полушариями. В этом сценарии поверхность будет нагреваться, плавиться и даже испаряться в течение дня, образуя очень тонкую атмосферу, которую Уэбб мог обнаружить. Вечером пар охлаждался и конденсировался, образуя капли лавы, которые стекали обратно на поверхность и снова становились твердыми с наступлением ночи. Несколько прохладнее Super-Earth LHS 3844 b В то время как 55 Cancri e даст представление об экзотической геологии мира, покрытого лавой, LHS 3844 b дает уникальную возможность проанализировать твердую породу на поверхности экзопланеты. Как и 55 Cancri e, LHS 3844 b вращается очень близко к своей звезде, совершая один оборот за 11 часов. Однако, поскольку ее звезда относительно мала и холодна, планета недостаточно горячая, чтобы ее поверхность могла расплавиться. Кроме того, наблюдения Спитцера показывают, что планета вряд ли имеет существенную атмосферу. Из чего сделана поверхность LHS 3844 b? Хотя мы не сможем получить изображение поверхности LHS 3844 b непосредственно с помощью Уэбба, отсутствие затемняющей атмосферы позволяет изучать поверхность с помощью спектроскопии. «Оказывается, разные типы горных пород имеют разные спектры», — объяснила Лаура Крейдберг из Института астрономии Макса Планка. «Глазами видно, что гранит по цвету светлее базальта. Существуют аналогичные различия в инфракрасном свете, излучаемом камнями». Команда Крейдберга будет использовать MIRI для захвата спектра теплового излучения дневной стороны LHS 3844 b, а затем сравнить его со спектрами известных горных пород, таких как базальт и гранит, чтобы определить их состав. Если планета вулканически активна, спектр также может показать наличие следовых количеств вулканических газов. Важность этих наблюдений выходит далеко за рамки двух из более чем 5000 подтвержденных экзопланет в галактике. «Они дадут нам фантастический новый взгляд на похожие на Землю планеты в целом, помогая нам узнать, какой могла быть ранняя Земля, когда она была такой горячей, как эти планеты сегодня», — сказал Крейдберг.
