Состав атмосферы у близкой к звезде экзопланеты зависит от свойств расплава

Авторы не просто посмотрели, как у каменистой планеты остывает расплавленная оболочка, а встроили в модель ещё один важный слой — как именно состав расплава зависит от окисленности. Проще говоря, они проверили, меняется ли судьба планеты, если её мантия ведёт себя не как «средняя земная», а как более восстановленная или более окисленная. Для этого они взяли экспериментальные кривые плавления — то есть данные о том, при каких условиях породы начинают и перестают плавиться, — и связали их с уже существующей моделью, где внутренняя часть планеты и атмосфера влияют друг на друга.

Зачем это вообще понадобилось? Потому что у многих таких планет расплавленная мантия и атмосфера могут жить в связке очень долго, а прежние работы чаще всего считали только землеподобный, окисленный случай. В результате можно было недооценить, насколько сильно химическое состояние расплава меняет тепло внутри планеты, долю расплава и то, как быстро твёрдеет мантия. Здесь же показали, что отклик системы на разные кривые плавления сильно нелинейный: небольшое изменение условий может заметно сдвинуть весь сценарий эволюции.

Для GJ 1132 b вышли два очень разных режима. Если летучих веществ мало, то восстановленная мантия раньше кристаллизует глубокие слои, а на поверхности дольше сохраняется магмовый океан, подпитываемый парниковым эффектом. Если же мантия более окисленная, расплава остаётся больше, и магмовый океан получается более протяжённым по глубине. При этом и атмосфера складывается по-разному: восстановленные варианты дают более тяжёлую смесь с водородом, угарным газом и, вероятно, большим количеством углеродсодержащих газов, а окисленные — более тонкую оболочку с водой и углекислым газом.

Есть и важная оговорка: если летучих веществ много, то внутренняя часть быстро приходит к равновесию излучения, и планета может удерживать устойчивый глобальный магмовый океан. В этом режиме детали кривой плавления уже не так сильно меняют момент затвердевания. То есть главный вывод такой: запас летучих веществ и окисленность поверхности задают общий сценарий, а химия расплава уже тонко его подстраивает.