Ученые Корнеллского университета приступили к созданию библиотеки спектральных характеристик базальта, которая может помочь раскрыть состав планет за пределами Солнечной системы и продемонстрировать наличие воды на этих экзопланетах. Исследование, опубликованное в журнале Nature Astronomy, сосредоточено на химических процессах, наблюдаемых в горячей мантии Земли, и их связи с базальтом — вулканической породой, распространённой по всей Солнечной системе.
«Когда мантия Земли плавится, она производит базальты. Базальт является ключевым регистратором геологической истории, а мы тестируем базальтовые материалы здесь, на Земле, чтобы выяснить состав экзопланет с помощью данных космического телескопа «Джеймс Уэбб»», — объяснил Эстебан Газель, профессор инженерии Корнеллского университета.
Газель и Эмили Фёрст, бывший научный сотрудник Корнеллского университета, измерили излучательную способность 15 базальтовых образцов для спектральных характеристик, которые может обнаружить среднеинфракрасный спектрометр космического телескопа. Понимание того, как минералы фиксируют процессы, в результате которых образовались эти породы, и их спектроскопические характеристики, является первым шагом в формировании их библиотеки.
«Мы знаем, что большинство экзопланет будут производить базальты, учитывая, что металличность их звёзд-хозяев приведёт к появлению мантийных минералов (железо-магниевых силикатов), так что когда они расплавятся, полученные лавы будут базальтовыми. Это будет распространено не только в Солнечной системе, но и по всей галактике», — сказал Газель.
После того, как базальтовые расплавы извергаются на экзопланете и остывают, они затвердевают в твёрдую лавовую породу. Эта порода может взаимодействовать с водой, если она присутствует, что образует новые гидратированные минералы, такие как амфибол или серпентин. Изучая небольшие спектральные различия между образцами базальта, учёные смогут определить, была ли когда-то на экзопланете или в её недрах вода.
Исследовательская группа использовала данные по экзопланете-суперземле LHS 3844b, которая вращается вокруг красного карлика на расстоянии чуть более 48 световых лет от нас, для моделирования своих гипотез и рассмотрения 15 различных признаков. Ишан Мишра, работающий в лаборатории Николь Льюис, доцента астрономии, написал код, моделирующий спектральные данные, чтобы увидеть, как различные поверхности экзопланет могут выглядеть для космического телескопа «Джеймс Уэбб».
Доказательство наличия воды требует времени и дополнительной работы. Космическому телескопу «Джеймс Уэбб» понадобятся десятки или сотни часов, чтобы сфокусироваться на одной системе в световых годах от нас, а затем ещё больше времени на анализ данных. Тем не менее, исследование Корнеллского университета может стать значительным шагом в понимании состава и истории экзопланет.