Новейшие исследования внутреннего строения экзопланет класса суперземель (каменистые миры с массой в несколько раз больше Земли) выявили, что слои расплавленной породы глубоко под поверхностью этих планет способны генерировать устойчивые магнитные поля. Эти поля теоретически могут служить эффективной защитой от вредного космического излучения и высокоэнергетических частиц, поднимая вопросы о потенциальной пригодности таких планет для длительных геологических и, возможно, биологических процессов.
Что такое суперземли и почему они изучаются
Суперземли — это каменистые экзопланеты, чья масса и размеры превышают земные, но остаются меньше, чем у газовых гигантов типа Нептуна. Они являются одним из самых распространённых типов планет за пределами нашей Солнечной системы, и многие из них обращаются в так называемой обитаемой зоне вокруг своих звёзд — области, где температура позволяет существованию жидкой воды на поверхности. Именно такие планеты считаются перспективными в контексте поиска признаков жизни и понимания эволюции планетных систем.
Традиционный механизм магнитного поля и его ограничения
На Земле магнитное поле создаётся в результате движения жидкого железа во внешнем ядре — это так называемый механизм геодинамо. Он обеспечивает защиту атмосферы от потерь под воздействием солнечного ветра и космических частиц, а также создаёт магнитное поле, которое снижает уровень радиации, достигающей поверхности.
Однако у суперземель условия внутри планеты могут быть принципиально иными. Из-за гораздо большей массы и более высоких давлений в недрах у таких планет может отсутствовать обычное жидкое железное ядро, способное поддерживать геодинамо. Это ставит под вопрос, смогут ли такие планеты генерировать магнитное поле в традиционном земном стиле и защищать свою атмосферу.
Альтернативный источник магнитного поля: базальный магматический океан
Учёные из Университета Рочестера (США) предложили альтернативный механизм — базальный магматический океан (BMO). Это глубоко расположенный слой расплавленной породы в нижней части мантии планеты. В новой работе группа исследователей изучала физические свойства магмы при экстремальных давлениях и температурах, характерных для недр массивных каменистых планет.
Используя лазерное ударное воздействие, квантово-механическое моделирование и эволюционные моделирования планет, учёные обнаружили, что при давлении, характерном для глубин мантии суперземель, расплавленная порода приобретает существенную электрическую проводимость. Это означает, что движение такого проводящего магматического слоя может создавать динамо-эффект и поддерживать самосохраняющееся магнитное поле.
Как работает BMO-динамо
Результаты исследований показывают следующее:
- Под экстремальным давлением (миллионы атмосфер) магма становится достаточно проводящей электрику, чтобы служить средой для генерации магнитного поля.
- На суперземлях с массой примерно в три–шесть раз больше, чем у Земли, движение такого магматического слоя может обеспечивать магнитное поле сильнее и долговечнее земного аналога.
- Магнитное поле, возникающее на основе BMO, потенциально может сохраняться в течение миллиардов лет, поскольку расплавленная порода под давлением остаётся долго без полного затвердевания.
Такой механизм расширяет представления о возможных источниках магнитного поля у каменистых планет и показывает, что источник поля может находиться не только в металлическом ядре, но и в глубоких слоях мантии.
Почему магнитное поле важно
Для планеты наличие магнитного поля играет несколько ключевых ролей:
- Оно отклоняет заряженные частицы солнечного ветра и галактического космического излучения, снижая поток высокоэнергетических частиц на поверхность.
- Защитное поле помогает удерживать атмосферу, предотвращая её постепенное разрушение внешними потоками частиц.
- Стабильное магнитное поле считается важным условием для поддержания долгосрочных климатических условий, благоприятных для потенциальной биосферы.
Такие механизмы имеют прямое значение для оценки обитаемости экзопланет: планета без магнитного поля может быстро потерять атмосферу и стать лишённой условий, необходимых для устойчивого существования жидкости на поверхности.
Значение исследования для астрономии
Открытый механизм BMO-динамо расширяет рамки представлений о структуре и эволюции массивных каменистых планет. Он показывает, что источник магнитного поля вовсе не обязательно должен быть связан с железным ядром, и что глубокие слои расплавленной магмы способны существенно влиять на ключевые характеристики планеты и её способность удерживать атмосферу и условия для воды.
Это открытие особенно важно, поскольку суперземли являются наиболее распространённым типом планет в Галактике, и многие из них находятся в обитаемых зонах звёзд. Таким образом, наличие мощных магнитных полей у таких планет может перераспределить оценки их пригодности для жизни и направления научного поиска биосигнатур.
Перспективы наблюдений и будущие задачи
Хотя прямо измерить магнитное поле у далёкой экзопланеты пока невозможно с существующими инструментами, будущие миссии и наблюдения опосредованно могут выявить признаки присутствия поля — например, через анализ излучения плазмы вокруг планеты или характеристик её взаимодействия с магнитосферой звезды. Подтверждение наличия полей на суперземлях станет ключевым шагом в понимании их внутреннего строения и оценке потенциальных условий для жизни.
Заключение
Работа учёных по изучению базального магматического океана и его потенциальной роли в генерации магнитного поля у суперземель представляет собой существенный шаг в изучении экзопланетарных систем. Она демонстрирует, что расплавленные слои глубоко под поверхностью планет могут служить основой для магнитной защиты, ранее приписываемой только ядру. Эти результаты влияют на критерии оценки обитаемости и помогают переосмыслить, какие планеты могут долго сохранять атмосферу и условия, благоприятные для развития сложных процессов.
Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org
