Большинство планет во Вселенной могут не иметь твердой оболочки. Вместо разделения на ядро, мантию и кору их внутренности представляют собой однородную смесь железа, силикатов и водорода.
От Земли к субнептунам
Долгое время астрономы предполагали, что остальная часть галактики устроена примерно так же, как наша Солнечная система. Классические представления описывают каменистую планету следующим образом. У нее есть плотное металлическое ядро, силикатная мантия и тонкая атмосфера сверху. Эта картина вполне подходит для Земли.
Однако новая статья в Astrophysical Journal ставит этот подход под сомнение. Самый распространенный тип планет у других звезд относится к классу субнептунов. Эти миры больше Земли, но меньше Нептуна. Их близкие родственники называются суперземлями. Они немного меньше субнептунов и давно потеряли большую часть водорода.
Классические представления утверждают, что такие планеты формировались почти как Земля. Разница заключается только в разном количестве остаточного газа на поверхности. Железо опускалось в центр, а силикатные породы оставались сверху. Водород находился в атмосфере. Но это объяснение не работает при давлениях и температурах внутри субнептунов.
Смешивание вместо слоеного пирога
При температуре выше примерно 4 тысячи градусов Кельвина водород и расплавленный силикат становятся полностью смешивающимися. Они перестают быть несмешиваемыми веществами и превращаются в единую жидкость. Авторы исследования выяснили, что это означает для структуры планет.
Если планета поглощает менее одного процента своей массы водорода, она формируется по знакомому сценарию и образует отдельное металлическое ядро, как Земля. Но если планета поглощает больше водорода, вся ее внутренняя часть превращается в единую смешанную жидкость из железа, силикатов и водорода. В такой планете нет ядра и нет мантии. От центра до нескольких тысяч километров простирается однородная смесь.
Такой подход отличается от стандартного изображения поперечного сечения этих миров. Внутреннее строение планеты напрямую влияет на ее охлаждение, удержание атмосферы и изменение радиуса со временем.
Объяснение разрыва в радиусах
Ученые обнаружили, что модель смешиваемости может воспроизвести ряд особенностей, которые старые модели слоеного пирога с трудом могли объяснить. Одной из таких особенностей является разрыв в радиусах. Речь идет о любопытном дефиците планет, которые находятся прямо между размерами суперземли и субнептуна. Этот феномен был выявлен с помощью космических телескопов Джеймса Уэбба и Кеплера.
Другим аспектом стала зависимость радиуса планеты от орбитального периода. Оба фактора естественным образом вытекают из предположения, что молодые субнептуны хранят большую часть водорода внутри области, подверженной смешиванию с атмосферой. По мере охлаждения планеты область смешиваемости уменьшается, и водород медленно высвобождается во внешнюю оболочку. Водород буквально выплескивается из породы в течение сотен миллионов лет.
VK
OK
Telegram
Дзен