Используя инструмент среднего инфракрасного диапазона (MIRI) на космическом телескопе Джеймса Уэбба (JWST), международная команда под руководством бывшего аспиранта MPIA Себастьяна Зибы (ныне в Гарварде и Смитсоновском институте) и директора MPIA Лауры Крейдберг заглянула в состав поверхности каменистой экзопланеты LHS 3844 b. Выйдя за рамки обычных исследований атмосфер, эта работа углубляется в геологию планет, вращающихся вокруг других звёзд — потому что почему только в нашей Солнечной системе должно быть весело? Результаты опубликованы в Nature Astronomy.

LHS 3844 b — каменистый мир примерно на 30% больше Земли, который облетает вокруг холодного красного карлика менее чем за 11 часов. Она вращается чрезвычайно близко к своей звезде — всего на расстоянии около трёх звёздных диаметров над поверхностью — и приливно заблокирована, то есть одна сторона постоянно обращена к звезде, а другая пребывает в вечной тьме. Дневная сторона в среднем достигает около 1000 Кельвинов (примерно 725°C или 1340°F). Система находится относительно близко — в 48,5 световых годах (14,9 парсеках) от нас.

«Благодаря удивительной чувствительности JWST мы можем обнаружить свет, исходящий непосредственно с поверхности этой далёкой каменистой планеты», — сказала Крейдберг. «Мы видим тёмный, горячий, бесплодный камень, лишённый какой-либо атмосферы». Так что не совсем место для отпуска.

Её тёмный вид позволяет предположить, что она может напоминать увеличенную Луну или Меркурий. Этот вывод основан на анализе инфракрасного излучения, испускаемого горячей дневной стороной планеты. Учёные не могут напрямую сфотографировать планету; вместо этого они измеряют тонкие изменения яркости в общем свете звезды и планеты по мере её вращения.

MIRI исследовал инфракрасное излучение в диапазоне от 5 до 12 микрометров, разделяя свет на более мелкие интервалы длин волн, чтобы создать спектр — по сути, радугу, которая показывает, как распределяется свет. Более ранние данные с космического телескопа «Спитцер» укрепили анализ.

Команда сравнила свои наблюдения с компьютерными моделями и библиотеками известных пород с Земли, Луны и Марса. Эти сравнения показали, что у LHS 3844 b отсутствует кора, подобная земной, которая обычно богата силикатными минералами, такими как гранит. Это неудивительно, поскольку Земля уникальна в Солнечной системе наличием такой коры. На Земле коры, богатые силикатами, образуются в результате долгосрочной тектонической активности и наличия воды, включая многократное плавление и переработку пород.

«Поскольку у LHS 3844 b отсутствует такая силикатная кора, можно сделать вывод, что земная тектоника плит не применима к этой планете или она неэффективна», — сказал Зиба. «Эта планета, вероятно, содержит мало воды».

Вместо гранита данные указывают на поверхность, состоящую из базальта или мантийной породы, похожей на вулканический материал, найденный на Земле или Луне. Исследователи обнаружили, что большие участки твёрдого базальта или магматической породы лучше всего соответствуют данным. Эти породы богаты магнием и железом и могут содержать оливин. Обломки пород, такие как гравий, также подходят достаточно хорошо, а мелкие порошки или пыль сами по себе не соответствуют — они были бы слишком яркими.

Без атмосферы, которая могла бы защитить планету, она постоянно подвергается интенсивному излучению и ударам метеоритов. Эти процессы разрушают породу и изменяют её поверхность.

«Оказывается, эти процессы не только медленно растворяют твёрдые породы в реголит — слой мелких зёрен или порошка, как на Луне», — объяснил Зиба. «Они также затемняют слой, добавляя железо и углерод, делая свойства реголита более согласованными с наблюдениями».

Данные поддерживают два возможных сценария. Первый: ландшафт, в котором преобладает твёрдая базальтовая порода, относительно свежая, что предполагает недавнюю геологическую активность, такую как широко распространённый вулканизм. Второй: тёмная поверхность, сформированная долгосрочным космическим выветриванием, создающая обширные слои затемнённого реголита, похожие на Луну или Меркурий — что подразумевает, что планета была геологически неактивна в течение длительного времени.

Эти возможности в основном различаются тем, активна ли планета до сих пор. На Земле вулканические процессы выделяют газы, такие как диоксид серы (SO2). Если бы LHS 3844 b была активна в настоящее время, MIRI, вероятно, обнаружил бы этот газ. Такого сигнала не было найдено.