Экзопланета K2-18b привлекает много внимания. Спектроскопия космического телескопа Джеймса Уэбба показывает, что в его атмосфере есть углерод и метан. Эти результаты, наряду с другими наблюдениями, предполагают, что планета может быть давно выдвинутой гипотезой «Хайского мира». Но новые исследования опровергают это.
Вместо этого планета могла бы быть газообразным мини-Нептуном.
K2-18b находится в обитаемой зоне красного карлика на расстоянии около 134 световых лет от нас. Это около 2,6 радиуса Земли и около 8,6 массы Земли. Его орбитальный период составляет всего 33 дня, поэтому он находится близко к своей звезде. Но поскольку звезда является тусклым красным карликом, K2-18b получает от своей звезды примерно такое же количество энергии, как Земля от Солнца.
Ученые до сих пор ломают голову над плотностью и составом планеты. Его плотность находится между плотностями Земли и Нептуна. Поскольку это не преимущественно каменный мир, как на Земле, и не весь газ, как Нептун, это привело к предположению, что это гицеанский (океанический) мир. Единственный способ определить, из чего состоит K2-18b, — это выяснить, что находится в его атмосфере.
Именно это и сделал JWST, и его наблюдения обнаружили ряд химических веществ, включая CO2 и метан. Также обнаружено отсутствие аммиака.
Ранее в этом месяце ученые представили некоторые исследования (Шорттл и др., 2024), основанные на выводах JWST. Работая с моделями климатической атмосферы, эти исследователи пришли к выводу, что K2-18b, скорее всего, представляет собой океан магмы. «Модель магматического океана воспроизводит нынешний JWST-спектр K2-18b», — написали они, — «… предполагая, что это столь же достоверное объяснение текущих наблюдений, как и планета, на которой находится океан с жидкой водой».
Но другая группа исследователей с этим не согласна. Эти исследователи не думают, что эта планета — это гейский мир или мир лавы. Они представили статью под названием «Наблюдения JWST за K2-18b можно объяснить наличием богатого газом мини-Нептуна без обитаемой поверхности». Ведущий автор — Николас Воган, научный сотрудник отдела космических наук Исследовательского центра Эймса НАСА. Воган изучает раннюю Землю, а также экзопланеты и астробиологию.
JWST обнаружил метан (CH4) и диоксид углерода (CO2) в атмосфере K2-18b, и он также не обнаружил аммиака. Эти результаты обычно указывают на гейский мир с плотной водородно-гелиевой атмосферой. Но анализ Шорттла и др. показал обратное, заявив, что результаты также могут указывать на существование планеты с магматическим миром.
Новая статья Wogan et al. приходит к другому выводу. «… мы предпочитаем интерпретацию мини-Нептуна из-за ее относительной простоты и потому, что для объяснения данных не требуется наличие биосферы или другого неизвестного источника метана», — пишут они.
В своей работе исследователи использовали фотохимические и климатические модели для моделирования различных версий K2-18b, включая гицеанские миры и богатый газом мини-Нептун без определенной поверхности. Их работа показывает, что модель богатого газом мини-Нептуна лучше всего соответствует данным.
Планетарные атмосферы чрезвычайно сложны, и выяснить, что происходит на таком большом расстоянии, — огромная задача. Ученым необходимо не только знать, какие химические вещества присутствуют (спасибо JWST), но им необходимо понимать все происходящие процессы. Температура и давление в атмосфере играют огромную роль в том, что мы можем видеть и в том, что может оставаться скрытым.
Одним из аспектов атмосферы К2-18b является сверхкритичность. Сверхкритическая жидкость — это жидкость, температура и давление которой выше критической точки. Выше этой критической точки не существует ни газовой, ни жидкой фазы. Но давление недостаточно велико, чтобы превратить материал в твердое вещество. Юпитер и Сатурн имеют сверхкритические жидкости глубоко в атмосфере, и они ведут себя совсем иначе, чем жидкости или газы. Это добавляет еще один уровень сложности.
У исследователей есть климатические модели, которые как можно лучше отражают всю сложность, и исследователи сравнили результаты JWST с тремя смоделированными экзопланетами: необитаемым миром Гиса, обитаемым миром Гиса и газообразным мини-Нептуном без поверхности.
«Учитывая дополнительные препятствия для поддержания стабильного умеренного климата на хайских мирах из-за утечки H2 и потенциальной сверхкритичности на глубине, мы предпочитаем интерпретацию мини-Нептуна из-за ее относительной простоты и потому, что она не нуждается в биосфере или другом неизвестном источнике метана. для объяснения данных», — пишут авторы.
Авторы отмечают, что для того, чтобы гийский мир поддерживал содержание метана в атмосфере в 1%, необходим биогенный источник или какой-то другой неизвестный источник. Еще пишут, что если К2-18b — это гипейский мир, то ему будет очень сложно избежать безудержного парникового эффекта и поддерживать стабильную температуру. Авторы отвергают гипотезу Hycean, поскольку она полна проблем. По их мнению, сценарий с газообразным мини-Нептуном лучше соответствует данным и моделям.
Они указывают на глубокую атмосферу планеты, чтобы объяснить выводы JWST. «Термохимическое тушение в глубокой атмосфере» может объяснить наличие метана и углекислого газа, обнаруженных JWST, а кинетика в глубокой атмосфере, такая как апвеллинг, может объяснить отсутствие аммиака и угарного газа.
Это не будет последнее слово о К2-18b. Данные будут подвергнуты дальнейшему анализу. Поскольку усилия по его пониманию продолжаются, результаты также усилят наши существующие модели атмосферы и климата. Однажды в будущем ученые узнают, как различать экзопланеты.
Но пока они все еще это выясняют.
