Эпоха исследований для нового космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) становится горячей — вулканически горячей.

Междисциплинарная группа исследователей из Корнелла смоделировала и синтезировала лаву в лаборатории как породу, которая может образовываться на далеких экзопланетах. Они разработали 16 типов композиций поверхности в качестве начального каталога для поиска вулканических миров с огненными ландшафтами и океанами магмы.

Их исследование «Поверхности вулканических экзопланет» было опубликовано в ноябрьском выпуске « Ежемесячных уведомлений Королевского астрономического общества » за 2022 год .

«Мы синтезировали составы, представляющие возможные поверхности экзопланет, которые объединяют данные о металличности звезд, термодинамическое моделирование и лабораторные эксперименты», — сказал ведущий автор Эстебан Газель, профессор инженерии Чарльза Н. Меллоуза в Департаменте наук о Земле и атмосфере (EAS). ), в инженерном колледже. Он также является членом междисциплинарного Института Карла Сагана (CSI) Корнелла.

«Новые наблюдения лавовых миров, проведенные JWST, раскрывают секреты того, какие места находятся на нашем космическом берегу», — сказала соавтор Лиза Калтенеггер, директор CSI и доцент астрономии в Колледже искусств и наук. «Наш каталог вулканических поверхностей экзопланет дает инструмент для расшифровки того, из чего состоят эти миры».

Марк-Антуан Фортин, бывший сотрудник исследовательских групп Газеля и Калтенеггера, создал и измерил возможные физические поверхности экзопланет, руководствуясь предыдущими моделями того, из чего состоят планеты вокруг известных родительских звезд.

«Как ученые Земли и планет , мы ищем ключи к ранней планетарной эволюции», — сказал Фортин. «Здесь, на Земле, у нас есть некоторые природные реликвии — очень старые камни, — которые дают нам представление о нашей собственной планете миллиарды лет назад.

«Эти лавовые миры похожи на машину времени, потому что Земля когда-то тоже была лавой», — сказал Фортин. «Но с экзопланетами, по крайней мере, с планетами, заполненными магмой, мы можем видеть планеты на разных стадиях их эволюции».

По словам Фортина, миры из лавы дают ключ к пониманию конфигурации экзопланет. «Мы смотрим на экзопланеты в других космических окрестностях, — сказал он, — изучая все, что можем, об этих далеких планетах, которые, по крайней мере, в нашей жизни, мы не сможем посетить».

По словам Газеля, благодаря успешному запуску телескопа Уэбба и плодотворному раннему поиску данных и изображений у науки появилась возможность исследовать экзопланеты более подробно, чем когда-либо прежде. «Наш ранний каталог становится важным инструментом для понимания химического состава вулканических экзопланет, которые лучше всего не описываются аналогами Солнечной системы», — сказал он.

В исследовании вместе с Фортином, Газелем и Калтенеггером участвует Меган Холикросс, доцент EAS.

Чтобы составить каталог, Фортин и Газель выбрали состав возможных каменистых мантий планет, представляющих планеты, которые могли образоваться вокруг разных звезд. Затем, используя термодинамическое моделирование, они рассчитали состав поверхности при различных температурах плавления.

В сотрудничестве с Holycross группа создала синтетическую лаву в лабораторных печах, которые соответствовали этим составам, а затем охладили их, чтобы воспроизвести возможные поверхности экзопланет .

После этого Фортин измерил возможный спектр инфракрасного отражения, используя новое спектроскопическое оборудование в лаборатории Газеля. Он связал их химический состав с ярко выраженной спектральной характеристикой, известной как характеристика Кристиансена, с пиком около 8 микрометров, которая коррелирует с содержанием кремнезема и других основных химических компонентов.

По словам Фортина, картина еще шире: «Мы пытаемся понять не только экзопланеты, но и все каменистые планеты , включая наши собственные».