Nowe modele przewidują, jak planety lawowe ewoluują i zmieniają się w czasie
Nowe modele wnętrz planet dostarczają naukowcom podstaw do interpretacji aktualnych obserwacji odległych planet pozasłonecznych prowadzonych za pomocą teleskopów kosmicznych i naziemnych.
 |
| Wizja artystyczna wewnętrznej struktury planety lawowej w stanie zimnym, ukazująca ocean magmy po stronie dziennej przykryty atmosferą mineralną. Strzałki wskazują kierunek transportu ciepła we wnętrzu planety i promieniowanie cieplne emitowane po jej nocnej stronie. Źródło: Romain Jean-Jaques |
W nowym artykule opublikowanym 29 lipca 2025 roku w czasopiśmie Nature, którego autorem jest profesor Uniwersytetu w Yorku, przedstawiono proste ramy teoretyczne opisujące ewolucję sprzężonego układu wnętrza i atmosfery gorących skalistych planet pozasłonecznych, znanych jako planety lawowe.
Planety lawowe znajdują się w tak ekstremalnych konfiguracjach orbitalnych, że nasza wiedza na temat planet skalistych w Układzie Słonecznym nie ma bezpośredniego zastosowania, co sprawia, że naukowcy nie są pewni, czego mogą się spodziewać podczas obserwacji planet lawowych – powiedział pierwszy autor artykułu, Charles-Édouard Boukaré, adiunkt w Katedrze Fizyki i Astronomii na Wydziale Nauk Ścisłych Uniwersytetu York.
Nasze symulacje proponują koncepcyjne ramy interpretacji ich ewolucji i przedstawiają scenariusze pozwalające zbadać ich wewnętrzną dynamikę i zmiany chemiczne zachodzące w czasie. Procesy te, choć znacznie wzmocnione na planetach lodowych, są zasadniczo takie same jak te, które kształtują planety skaliste w naszym Układzie Słonecznym.
Egzotyczne światy mogą ujawnić procesy napędzające ewolucję planetarną
Planety lawowe to światy wielkości Ziemi lub superziemi, które krążą bardzo blisko swoich gwiazd macierzystych, wykonując pełny obieg w czasie krótszym niż jeden ziemski dzień. Podobnie jak ziemski Księżyc, oczekuje się, że są one zablokowane pływowo, czyli zawsze zwrócone tą samą stroną do swojej gwiazdy. Ich powierzchnie po stronie dziennej osiągają tak ekstremalne temperatury, że skały krzemianowe topią się, a nawet odparowują, tworząc warunki niepodobne do niczego w naszym Układzie Słonecznym. Te egzotyczne światy, łatwo obserwowalne ze względu na ich skrajnie krótki okres orbitalny, zapewniają unikalny wgląd w fundamentalne procesy kształtujące ewolucję planet.
Badanie planet wewnętrznych poprzez właściwości atmosfery i powierzchni
Badania łączą wiedzę specjalistyczną z zakresu geofizycznej mechaniki płynów, atmosfer planet pozasłonecznych i mineralogii w celu zbadania, w jaki sposób skład planet lawowych ewoluuje w procesie podobnym do destylacji. Kiedy skały topią się lub parują, pierwiastki takie jak magnez, żelazo, krzem, tlen, sód i potas rozdzielają się w różny sposób między stanem gazowym, ciekłym i stałym. Unikalna konfiguracja orbitalna planet lawowych utrzymuje równowagę między fazą gazową a ciekłą oraz między fazą stałą a ciekłą przez miliardy lat, napędzając długotrwałą ewolucję chemiczną.
Korzystając z bezprecedensowych symulacji numerycznych, zespół przewiduje dwa skrajne stany ewolucji:
- całkowicie stopione wnętrze (prawdopodobnie młode planety): atmosfera odzwierciedla skład chemiczny całej planety, a transport ciepła w stopionym wnętrzu sprawia, że powierzchnia nocnej strony planety jest gorąca i dynamiczna,
- w większości stałe wnętrze (prawdopodobnie starszej planety): po stronie dziennej pozostaje jedynie płytki ocean lawy, a atmosfera ulega zubożeniu w pierwiastki takie jak sód, potas i żelazo.
Testowanie hipotez za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba
Boukaré wyjaśnił, że badania nad planetami pozasłonecznymi typu lawowego rozpoczęły się jako projekt o charakterze wysoce eksploracyjnym, bez większych oczekiwań. Opierają się one na nowatorskim podejściu modelowym, które opracował we współpracy z kolegami z Instytutu Fizyki Ziemi w Paryżu (Institute de Physique du Globe de Paris) oraz Université Paris Cité w celu zbadania stopionych planet skalistych. Wyniki tych badań opublikowano na początku 2025 roku w czasopiśmie Nature.
To, co zaczęło się jako badania eksploracyjne, otworzyło obiecujący nowy kierunek badań. Prognozy przedstawione w tej pracy pomogły zapewnić 100 godzin czasu obserwacyjnego na teleskopie Webba – najbardziej zaawansowanym obserwatorium podczerwonym, jakie kiedykolwiek zbudowano. Nadchodzące obserwacje JWST, prowadzone pod kierownictwem współautora prof. Danga, będą bezpośrednim sprawdzianem teoretycznych założeń przedstawionych w niniejszych badaniach.
Mamy wielką nadzieję, że uda nam się zaobserwować i odróżnić stare planety lawowe od młodych planet lawowych. Jeśli nam się to uda, będzie to ważny krok w kierunku wyjścia poza tradycyjny, migawkowy obraz planet pozasłonecznych – powiedział Boukaré.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
Czytaj też:
