В рамках лабораторных исследований, направленных на понимание первичных атмосфер планет земной группы, ученые провели нагрев образцов наиболее первозданных метеоритов в высокотемпературной печи и проанализировали выделившиеся газы. Оказалось, что полученные результаты лишь незначительно отличаются от предположений, основанных на современных теоретических моделях. Выводы планетологов представлены в журнале Nature Astronomy.
«Полученная нами информация важна и необходима для корректной оценки данных предстоящих наблюдений атмосфер экзопланет с помощью телескопов и инструментов будущего поколения», – рассказывает Мэгги Томпсон, ведущий автор исследования из Калифорнийского университета в Санта-Крузе (США).
Процессы, вносящие вклад в формирование атмосферы ранней Земли, в представлении художника. Credit: Dan Durda/Southwest Research Institute
Считается, что первичные атмосферы каменистых миров в основном состоят из газов, выделяемых с поверхности планеты в результате интенсивного нагрева от продолжающейся аккреции и следующей за ней вулканической активности. Именно этот процесс авторы исследования пытались смоделировать в лаборатории, чтобы наложить на него некоторые экспериментальные ограничения.
Образцами для лабораторных опытов стали три метеорита, относящиеся к углеродистым хондритам CM-типа. Их состав считается репрезентативным для материала, из которого сформировалась Солнечная система.
«Эти метеориты, отличающиеся от другим типов стойкостью к нагреву, являются остатками от строительных блоков, которые сформировали планеты. Они удерживают некоторые из наиболее примитивных компонентов и могут рассказать нам о составе Солнечной системы во время ее становления», – пояснила Мэгги Томпсон.
Образцы из трех метеоритов – Мерчисон, Джбилет Винсельван и Агуас Заркас – проанализированных в рамках исследования. Credit: M. Thompson
Используя печь, ученые нагрели образцы до 1200 градусов по Цельсию, а затем, с помощью масс-спектрометра, проанализировали выделяющиеся из заключенных в них минералов газы. Оказалось, что водяной пар является преобладающим газом, также значительным было количество окиси углерода и углекислого газа. Кроме этого, хотя и в меньших объемах, выделялись водород и сероводород.
Некоторые модели первичных атмосфер предполагают изобилие в них «солнечных элементов» водорода и гелия, то есть состав, подобный Солнцу.
«Однако, исходя из полученных данных, можно ожидать, что водяной пар будет преобладающим газом, за которым следуют монооксид углерода и диоксид углерода, что в основном согласуется с большинством теоретических моделей. Содержание «солнечных элементов» справедливо для больших планет размером с Юпитер, которые создают свои атмосферы из туманности, однако более мелкие миры накапливают свои оболочки в большей степени от дегазации», – отметила Мэгги Томпсон.
Формирование протопланет во внутренней и внешней областях Солнечной системы в представлении художника. Credit: Mark Garlick
Авторы исследования отмечают, что их выводы могу быть применены для первичных атмосфер каменистых планет не только Солнечной системы, но и миров за ее пределами.