Ученые Корнеллского университета создают библиотеку базальтовых спектров для изучения состава экзопланет и обнаружения потенциальных свидетельств наличия воды. Используя данные JWST и моделирование на основе экзопланеты LHS 3844b, они проанализировали спектральные характеристики, чтобы различать различные типы горных пород. Их результаты могут улучшить понимание поверхности экзопланет и их обитаемости.
Исследователи используют базальтовую спектроскопию для изучения экзопланет и используют космический телескоп Джеймса Уэбба для поиска воды. Изучая химические процессы в горячей мантии Земли, ученые Корнелльского университета создают библиотеку, основанную на спектральных характеристиках базальта. Целью этого исследования является определение состава экзопланет и предоставление доказательств наличия воды на этих экзопланетах.
Профессор инженерного дела Эстебан Газель сказал: «Когда мантия Земли тает, образуется базальт. Базальт — это серо-черная вулканическая порода, которая встречается по всей Солнечной системе и является важным летописцем геологической истории. Когда мантия Марса тает, она также производит базальт. Луна состоит в основном из базальта», — сказал он. «Мы тестируем базальтовые материалы на Земле, чтобы в конечном итоге выяснить состав экзопланет, используя данные космического телескопа Джеймса Уэбба».
Газель и Эмили Ферст, бывший научный сотрудник Корнелльского университета, а ныне доцент Макалестер-колледжа в Миннесоте, являются авторами исследования, недавно опубликованного в журнале Nature Astronomy.
Газель сказал, что понимание того, как минералы отражают процессы, которые сформировали эти породы, и каковы их спектральные характеристики, является первым шагом в создании их библиотеки: «Мы знаем, что большинство экзопланет производят базальты, потому что металличность их звезд-хозяев приводит к образованию мантийных минералов (силикатов железа и магния), поэтому при их плавлении фазовое равновесие (баланс между двумя состояниями материи) предсказывает, что образовавшаяся лава будет базальтовой. Она будет преобладать не только в нашей Солнечной системе, но и во всем Млечном пространстве. Путь».
Во-первых, 15 образцов базальта были измерены на предмет их излучательной способности, которая характеризует степень, в которой поверхность излучает встречную энергию, что может помочь в поиске спектральных сигнатур, которые мог бы обнаружить спектрометр среднего инфракрасного диапазона космического телескопа.
Как только расплав базальта извергается на экзопланете и остывает, базальт затвердевает, превращаясь в твердую породу, известную на Земле как лава. Если присутствует вода, порода будет взаимодействовать с водой с образованием новых гидратированных минералов, которые легко обнаружить в инфракрасных спектрах. Эти измененные минералы могут стать амфиболами (гидратированными силикатами) или серпентинами (еще одним гидратированным силикатом, похожим на змеиную кожу).
Изучая крошечные спектральные различия между образцами базальта, ученые теоретически могли бы определить, имела ли когда-то на экзопланетах текущая поверхностная или внутренняя вода, сказала Газель.
Признаки присутствия воды не будут сразу очевидны, и потребуются дальнейшие работы, прежде чем этот метод обнаружения будет принят на вооружение. Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) находится на расстоянии около 1 миллиона миль от Земли, и для фокусировки на системе, находящейся на расстоянии светового года, требуется от десятков до сотен часов, а затем еще больше времени для анализа данных.
Исследовательская группа использовала данные суперземной экзопланеты LHS 3844b при поиске каменистой экзопланеты, чтобы смоделировать свою гипотезу и рассмотреть 15 различных характеристик.
Ишан Мишра, который работает в лаборатории Николь Льюис, доцента астрономии, написал компьютерный код для моделирования спектральных данных Ферста, чтобы смоделировать, как различные поверхности экзопланет будут вести себя на JWST.
Льюис сказал, что инструменты моделирования изначально предназначались для других приложений. «Инструменты кодирования Ишана изначально были разработаны для изучения ледяных лун Солнечной системы», — сказала она. «Сейчас мы наконец переносим то, что мы узнали о Солнечной системе, на экзопланеты».
«Наша цель состояла не в том, чтобы конкретно оценить LHS 3844b, — сказал Ферст, — а в том, чтобы рассмотреть разумный диапазон базальтовых экзопланет, которые JWST и другие обсерватории могли бы наблюдать в ближайшие годы».
Когда дело доходит до экзопланет, исследование каменистых поверхностей в основном ограничивалось отдельными точками данных – в научной литературе находили только доказательства химических типов – но оно смещается в сторону многокомпонентности, поскольку наблюдатели используют преимущества JWST, говорят исследователи.
По словам геологов, пытаясь найти характеристики, связанные с минералогией и химическим составом основной массы породы (например, сколько кремния, алюминия и магния содержится в породе), геологи могут узнать больше об условиях, в которых образовалась горная порода.
«На Земле, если у вас есть базальты, извергающиеся со дна океана глубоко в срединно-океанических хребтах, и эти базальты извергаются на океанических островах, таких как Гавайи, вы обнаружите некоторые различия в основном химическом составе этих пород», — сказал Ферст. «Но даже основные породы со схожим химическим составом могут содержать разные минералы, поэтому это важные особенности для изучения».
Составлено из /ScitechDaily