Мы всё время открываем экзопланеты, похожие на Землю по составу, но более массивные. В связи с этим хочется спросить: это просто увеличенные версии Земли или же они принципиально отличаются от неё? В особенности хотелось бы знать, имеют ли они толстую атмосферу, вулканическую деятельность, магнитные поля и тектонику плит.

В последнее время мы всё время открываем экзопланеты, похожие на Землю по составу, но более массивные. В связи с этим хочется спросить: это просто увеличенные версии Земли или же они принципиально отличаются от неё? В особенности хотелось бы знать, имеют ли они толстую атмосферу, вулканическую деятельность, магнитные поля и тектонику плит.

Влада Стаменкович из Массачусетского технологического института (США) подчёркивает, что ответы на эти вопросы играют решающую роль в определении степени пригодности планеты для жизни.


Экзопланеты, окружающие звезду HD 40307, в представлении художника. Они в 4,2, 6,7 и 9,4 раза массивнее Земли. Период обращения составляет соответственно 4,3, 9,6 и 20,4 суток. (Изображение ESO.)

На Земле тектоника плит и вулканическая деятельность помогают регулировать климат, а также перерабатывают и доставляют на поверхность питательные вещества. Магнитное поле, движимое жидким металлическим ядром, защищает атмосферу от солнечного и космического излучения.

Г-н Стаменкович и его коллеги обнаружили, что вязкость и температура плавления пород мантии сильно зависят от давления. В массивных «суперземлях» внутреннее давление в десятки раз выше нашего. Это может привести к большей вязкости и температуре плавления, что способно негативно сказаться на обитаемости планеты.

Хотите верьте, хотите нет, но расчёты показывают, что твёрдые «суперземли» могут быть даже недифференцированными, то есть не разделёнными на металлическое ядро и мантию.

«Согласно современным представлениям, планеты земного типа образовались сравнительно быстро — в первые 50 млн лет истории Солнечной системы, — поясняет г-н Стаменкович. — Время формирования ядра сильно зависит от вязкости. Высокая температура плавления и большая вязкость «суперземель», рассчитанные нами, говорят о том, что их ядра либо формировались медленно, либо не формировались вообще. Это вызывает сомнения в том, что они способны генерировать магнитные поля».

Даже если эти «суперземли» дифференцированы, исследование показывает, что конвекция в них будет вялой и что в глубине мантии могут образовываться застойные слои, которые мешают тепловому потоку, поднимающемуся от ядра. И тогда основной формой переноса тепла остаётся электропроводность. В результате скорость остывания ядра снижается. Никакой вам планетарной динамо-машины!

Выяснилось также, что шансы на тектонику плит снижаются по мере увеличения массы планеты. В то же время вода в литосфере способна компенсировать этот эффект. Иными словами, наличие тектоники плит на «сверхземлях» зависит от множества неизвестных характеристик, которые в ближайшем будущем нам наблюдать не удастся.

Атмосфера ранней Земли, как полагают, отчасти стала результатом дифференциации планеты и последующего выпуска газов посредством извержений вулканов. Учёные обнаружили, что продолжительность вулканической дегазации и производства расплавленной породы обычно уменьшается с увеличением планетарной массы, особенно с ростом вязкости. Это может ограничить временные рамки вулканической активности на экзопланетах, а также повлиять на регулирование климата при глобальном оледенении.

«Наша работа подчёркивает важность понимания тепловой эволюции планет, — резюмирует Влада Стаменкович. — Кроме того, она показывает, что «суперземли» более разнообразны, чем ожидалось. Мы сможем в полной мере ответить на все вопросы лишь в том случае, если соберём больше данных путём экспериментов при высоких давлениях и спектроскопического наблюдения атмосферы «суперземель», вращающихся в двух шагах от ярких звёзд».Источник: Phys.Org