Палящий жар, столбы потемневшего пепла, фонтаны фонтанирующей лавы. Вулканические извержения на Земле - это парадокс жизни и смерти, хотя они ничто по сравнению с целыми планетами, забальзамированными в таком кошмаре.
Лавовые миры и другие вулканически активные тела - одни из самых захватывающих космических объектов, которые когда-либо открывали астрономы, и все еще одни из самых неуловимых с научной точки зрения. Первая партия находок космического телескопа "Джеймс Уэбб" может раскрыть их секреты более детально в сочетании с уже ведущимися исследованиями. В предстоящем выпуске журнала Monthly Notices of the Royal Astronomical Society группа ученых из Корнельского университета, используя имеющиеся данные об атмосфере и составе поверхности, попыталась понять мантийные структуры - или внутреннее строение - 16 различных экзопланет, смоделировав и синтезировав их здесь, на Земле. Они смогли создать и охладить в лаборатории искусственную лаву из других отдаленных мест нашей Вселенной, причем извержение вулкана не потребовалось.
Учитывая, что экзопланеты труднодоступны даже для наших самых дальних космических зондов, экспериментальные исследования этих далеких миров проводились редко, говорит Эстебан Газель, ведущий автор исследования и профессор инженерных наук Корнельского университета, изучающий геохимию и вулканологию. Новое исследование его команды является первым, которое предоставляет "библиотеку состава" для потенциальных поверхностей экзотических экзопланет - свод строительных блоков, на которые охотники за экзопланетами могут ссылаться в своих поисках далеких планет и огненной космической среды. В своей лаборатории Газель и его коллеги тщательно комбинировали данные о металличности звезд, алгоритмы термодинамического моделирования и физические эксперименты, чтобы создать партии синтетической лавы, используя различные измерения исходных химических веществ, таких как оксид магния, оксид железа и диоксид кремния. В итоге было получено несколько пористых магматических пород, кристаллизованная магма со стеклом и минералами, которые можно потрогать, не обжигаясь.
В конечном итоге астрономы могут использовать данные, полученные командой в ходе экспериментов с лавой, для интерпретации внутреннего строения различных экзопланет. В будущем эта межпланетная брошюра может быть использована даже для того, чтобы пролить свет на раскаленное начало Земли. "Существует так много экзопланет, находящихся на разных стадиях эволюции", - говорит Газель. "Если мы сможем выяснить их состав, это даст нам много информации о том, как развивалась наша планета".
До того как на Земле появились сверкающие голубые океаны и зеленые леса, она тоже была лавовой планетой - расплавленной и непригодной для жизни. Когда-то, в течение 4,5 миллиардов лет своей жизни, планета могла напоминать адский ландшафт других сверхкрупных планет, таких как 55 Cancri e, расположенная на расстоянии около 41 светового года от нас. Сегодня мы знаем, что вулканы жизненно важны для зарождения и поддержания жизни, поскольку эти летучие процессы способствуют охлаждению атмосферы, образованию суши и превращению мертвой грязи в плодородную плоть.
Хотя использование других планет для изучения происхождения наших горячих источников - едва ли новый подход, естественно ожидать, что чужие планеты обладают чужеродными элементами - химическими соединениями или материалами, которые мы не сможем воспроизвести на Земле. Однако Лиза Кальтенеггер, соавтор исследования, директор Института Карла Сагана в Корнелле и доцент астрономии, утверждает, что это не так. Она объясняет, что хотя невооруженным глазом они могут выглядеть по-разному, многие планеты и звезды в нашей небесной окрестности на самом деле содержат одни и те же небесные ингредиенты, просто расположены по-разному.
"Когда мы смотрим на другие звезды, мы видим вокруг них диски, из которых состоят планеты", - говорит она. "И пока что в этих дисках мы не нашли ничего, что мы не могли бы объяснить". Это означает, что их команда смогла создать все 16 синтетических поверхностей с помощью химических материалов, которые легко найти на Земле. Кальтенеггер говорит, что их работа только начинается для создания более широкой картины космоса, и в дальнейшем она будет только совершенствоваться. Они планируют привлечь данные об экзопланетах с космического телескопа Джеймса Вебба, которые со временем станут более точными.
Несмотря на некоторые проблемы с калибровкой, возникшие после публикации первых данных телескопа, Карл Гордон, астроном из Научного института космического телескопа, говорит, что такие небольшие неудачи ожидаются от любой миссии. Единственное отличие на этот раз, по его словам, заключается в том, как быстро ученые подхватили полученные данные. "Лучший способ описать калибровку - это экспоненциальный рост", - говорит он. "В самом начале она не очень хороша, а потом быстро становится все лучше и лучше".
Кальтенеггер согласен с тем, что проблемы с калибровкой - это всего лишь "ступеньки", которые начнут устраняться по мере продолжения миссии JWST.
"Я думаю, что чем больше времени мы будем работать с данными, тем лучше мы сможем обнаружить нюансы, которые еще не видны", - говорит она.
Поправка (5 октября 2022 года): Информация в статье первоначально подразумевала, что в новом исследовании использовались данные JWST. Мы обновили формулировку, чтобы уточнить, что команда планирует использовать данные JWST в будущих экспериментах. В предыдущей версии этой статьи было неправильно указано имя Эстебана Газеля. Мы сожалеем об ошибке.