< Магнитное поле молодой Земли объяснили токами в силикатной магме

(Не)обитаемая планета K2-18 b

Представлено несколько моделей атмосферы мини-нептуна K2-18 b, находящегося в обитаемой зоне.

---

Владислава Ананьева

Несколько дней назад в СМИ прогремела сенсация – обнаружена первая пригодная для жизни экзопланета! «Открыта планета с «земными» океанами», «Названа наиболее подходящая для жизни экзопланета», «Планета K2-18 b вполне может быть обитаемой» – кричали заголовки. Так ли это, и что на самом деле удалось установить исследователям?

Планета K2-18 b была представлена в 2015 году. Она относится к классу мини-нептунов – при радиусе 2.61 ± 0.09 радиусов Земли ее масса составляет 8.63 ± 1.35 масс Земли, что приводит к средней плотности 2.67 ^+0.52/_-0.47 г/куб.см – слишком низкой, чтобы K2-18 b могла считаться планетой земного типа. Планета вращается в обитаемой зоне красного карлика K2-18, удаленного от нас на 38.03 ± 0.08 пк, ее эффективная температура оценивается разными авторами в 235-284К.

В сентябре 2019 года сразу две независимые группы исследователей объявили об открытии в водородной атмосфере K2-18 b водяного пара. Обе группы опирались на данные, полученные 3-й широкоугольной камерой «Хаббла», а именно – на анализ зависимости глубины транзитов планеты от длины волны, на которой ведутся наблюдения (этот метод называется трансмиссионной спектроскопией). В лучах с длиной волны около 1.4 мкм, где лежит полоса поглощения водяного пара, видимый радиус планеты оказался немного больше, чем при наблюдениях в лучах с соседними длинами волн.

Важно, что основной атмосферной составляющей в атмосфере K2-18 b является молекулярный водород, водяной пар остается примесью на уровне нескольких процентов.

27 февраля 2020 года в Архиве электронных препринтов была опубликована теоретическая статья группы британских астрономов, посвященная моделированию атмосферы и внутреннего строения K2-18 b с опорой на известные данные. Исследователи строили модели, согласующиеся с известной средней плотностью планеты и ее трансмиссионным спектром, полученным «Хабблом». Веер возможных вариантов оказался весьма широк, потому что одну и ту же среднюю плотность можно получить очень разными способами. 

Скорее всего, K2-18 b включает в себя железное ядро, силикатную мантию, слой водяного льда и водородно-гелиевую оболочку. Однако в каких пропорциях находятся все эти слои? Авторы рассмотрели два крайних и один средний (наиболее вероятный) вариант, и представили все три модели на суд общественности.

Для начала они оценили максимально возможную массовую долю водорода в составе планеты, приняв, что та состоит только из железного ядра и водородной оболочки. Доля водорода в этом случае составила 6%, доля ядра – 94%. Чтобы согласовать модель с наличием водяного пара в атмосфере, они немного видоизменили модель: при массе ядра в 94.7%, воды в 0.3% и водородно-гелиевой оболочки в 5% в атмосфере оказывалось достаточно водяного пара для регистрации его «Хабблом». Это – 1-я модель.

Чтобы оценить минимально возможную долю водорода, авторы рассмотрели противоположный экстремальный вариант – ядро планеты состоит из чистого льда (т.е. нет ни железного ядра, ни силикатной мантии). В этом случае доля водорода оставит только 10^-6, что сравнимо с его долей в земной атмосфере! Однако этот вариант совершенно нереалистичен, и авторы построили модель, в которой у планеты все же есть силикатное ядро с массовой долей 10-50%, остальное – водяной лед. В этом случае доля водорода в составе планеты составила 10^-5-10^-2. Основные расчеты велись для модели планеты, 10% массы которой приходится на землеподобное ядро, 89.994% массы – на ледяную оболочку и 0.006% – на водородно-гелиевую атмосферу. Это – 3-я модель.

Наконец, 2-я модель является наиболее реалистичной и содержит промежуточные значения содержания всех компонентов: 45% массы приходится на землеподобное железокаменное ядро, 54.97% массы – на воду, и 0.03% – на атмосферу.

---