«Джеймс Уэбб» заделался геологом — учёные научили его заглядывать в недра далёких экзопланет

Многие загадки далёких миров невозможно разгадать без знаний об их геологическом строении. К сегодняшнему дню наука далеко продвинулась в изучении недр Земли и даже других планет Солнечной системы. На очереди — геология инопланетных миров, в чём, что удивительно, может помочь космическая обсерватория «Джеймс Уэбб».

Художественное представление столкновения планет. Источник изображения: NASA/SOFIA/Lynette Cook

Информацию о строении Луны и Марса учёные получили благодаря изучению сейсмической активности на этих небесных телах. На Луне датчики устанавливали во время миссий «Аполлон» 60 лет назад, а на Марсе работала станция NASA InSight. Датчики фиксировали сейсмические волны от ударов метеоритов, и по их распространению можно было судить о строении и плотности недр. Экзопланеты недоступны для таких экспериментов, но они также переживают столкновения, особенно мощные, которые можно обнаружить даже за десятки и сотни световых лет.

Очевидно, что в молодых звёздных системах столкновения происходят особенно часто. Как это было в Солнечной системе 4 млрд лет назад, можно судить по поверхности Луны — на ней буквально нет «живого» места. Вероятны также столкновения планет-гигантов, после которых сейсмические волны могут долго прокатываться по их недрам и поверхности. Учёные решили ответить на два вопроса: действительно ли гигантские столкновения вызывают долгоживущие сейсмические волны и могут ли «Джеймс Уэбб» или будущие обсерватории зафиксировать их?

Для решения задачи исследователи провели моделирование столкновения двух планет-гигантов: молодой и старой. Данные о молодой планете были получены в результате наблюдений за суперюпитером из системы Беты Живописца, находящейся на расстоянии примерно 63,4 светового года от Земли. Возраст этой планеты — около 20 млн лет, масса — около 13 масс Юпитера. В роли старой планеты выступил прообраз нашего Нептуна с массой около 17 масс Земли.

Моделирование показало, что после столкновения у более массивного тела сейсмическая активность может не затухать миллионы лет: от 9 до 18 млн лет, что сопоставимо с возрастом самой экзопланеты. Иными словами, серьёзные столкновения, вероятность которых в молодых системах очень высока, создают достаточно продолжительные сейсмические колебания.

Наконец, сейсмические волны от столкновений планетарного масштаба вызывают изменения в характере излучения экзопланеты, которые обсерватория «Джеймс Уэбб» способна зафиксировать фотометрически. По интенсивности и распределению «окраски» экзопланеты можно определить наличие сейсмических волн и, в конечном итоге, получить примерное представление о плотности и составе ядер экзопланет у далёких звёзд.

Этот метод также может помочь в обнаружении гравитационного воздействия звёзд на ближайшие экзопланеты, особенно если те движутся по сильно вытянутым орбитам. Это даст возможность заглянуть и в их недра. Именно благодаря гравиметрическим измерениям Сатурна зондом «Кассини» учёные смогли узнать больше о его внутреннем строении. «Джеймс Уэбб» способен провернуть нечто подобное с далёкими экзопланетами, фактически приобретя вторую специальность — геолога.