Пятница, 05.03.2021
Космическая погода на текущий час
Вход в систему не произведен
 Войти /  Регистрация

Секция Совета РАН по космосу

< Магнитное поле молодой Земли объяснили токами в силикатной магме
28.02.2020 22:40 Давность: 1 year
Категория: Экзопланеты
Количество просмотров: 1179

(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.

Планета K2-18 b (показана черным цветом и подписана) на плоскости «масса – радиус» среди других транзитных экзопланет. Синяя, зеленая и красная сплошные линии, не касающиеся K2-18 b, показывают модельные соотношения масса-радиус для планет чисто водного, чисто силикатного и чисто железного состава, соответственно. Малиновая, зеленая и оранжевая линии, проходящие через K2-18 b, показывают модельные соотношения масса-радиус для планет с составом согласно 1, 2 и 3 модели.

Какими же оказались свойства атмосферы K2-18 b во всех трех случаях?

Для модели 1 глубина атмосферы оказывается максимальной. Давление на границе ядра составляет 106 атм., температура приближается к 4 тыс. К. 

Для модели 3 глубина атмосферы, напротив, оказывается минимальной. В этом случае на дне атмосферы при давлении 130 атм. и температуре 560К находится жидкий водный океан. Однако стоит ли называть такие условия максимально подходящими для жизни?

Наконец, 2-я наиболее реалистичная модель предсказывает воду в закритическом состоянии, давление на дне атмосферы 700 атм. и температуру 1500К.

Слева: профили давления и плотности для трех рассмотренных моделей строения K2-18 b. Справа: температура и давление на дне атмосферы в различных вариантах моделей. Малиновым квадратом показана модель 1, оранжевым кружком – модель 3, зеленым треугольником – модель 2 (наиболее реалистичная). Серым цветом показана фазовая диаграмма воды.

Как пишут сами авторы, для условно-землеподобных условий (температура у поверхности 300К, давление 1-10 атм.) необходимы очень тонкие водородные атмосферы, чья массовая доля будет менее 10-5. И только в этом крайне маловероятном случае K2-18 b «имеет шанс быть обитаемой».

Источник: https://arxiv.org/pdf/2002.11115.pdf


Комментарии

Комментарии

Вход в систему

Введите имя пользователя и пароль для входа в систему:
Вход в систему

Забыли пароль?

Конвекция

(от лат. convectio - доставка) Конвекцией называется один из механизмов переноса тепла. При этом происходит перемещение газовых, жидкостных или плазменных фрагментов, облаков, потоков, нагретых в разной степени... [далее]

Rambler's Top100