Эти раскаленные миры обладают плотностью, схожей с Землей, но вращаются так близко к своим звездам, что дневные температуры плавят их поверхность, превращая скалы в океаны магмы. Подобные экстремальные условия делают их уникальными объектами для изучения.

Несмотря на растущий интерес к лавовым планетам, их динамика, внутренняя структура и эволюция остаются малоизученными. «Орбитальные условия этих планет настолько экстремальны, что наши знания о каменистых телах Солнечной системы здесь неприменимы. Ученые буквально оказываются в тупике, пытаясь предсказать их свойства», — заявил Шарль-Эдуар Букарэ из Йоркского университета (Торонто), соавтор нового исследования, в официальном заявлении.

Поскольку лавовые планеты стали приоритетными целями для телескопа «Джеймс Уэбб» (с пятью запланированными программами наблюдений), Букарэ и его коллеги разработали теоретическую модель — своего рода «инструкцию» для астрономов. В ней описаны возможные химический состав, условия на поверхности и другие особенности, которые помогут идентифицировать и анализировать такие миры.

Ученые смоделировали эволюцию лавовых планет на протяжении миллиардов лет, от момента формирования до достижения «теплового равновесия». Объединив данные геофизики, минералогии и атмосфер экзопланет, авторы показали, как изменяются внутренняя динамика и состав этих планет со временем.

«Процессы, которые мы видим на лавовых планетах, — это те же силы, что формируют каменистые тела в Солнечной системе, только в гигантских масштабах», — пояснил Букарэ.

Интересно, что, несмотря на близость к звездам (лавинные планеты приливно заблокированы и всегда повернуты к светилу одной стороной), они остывают почти так же быстро, как их аналоги в Солнечной системе. Однако в отличие от Земли или Марса, на их дневной стороне сохраняется мелкий магматический океан, который существует миллиарды лет.

По краям этого океана из расплава непрерывно образуются кристаллы, приводя к разделению химических элементов. Это создает постоянные изменения в составе как поверхности, так и атмосферы. В результате силикатная атмосфера старых лавовых планет отражает уже измененную химию магмы, а не изначальную. Таким образом, изучая атмосферу, можно определить возраст планеты.

«В отличие от экзопланеты 55 Рака e, типичные лавовые миры теряют летучие вещества, но их дневная сторона (2 000–3 000 К) поддерживает атмосферу из испаренных силикатов, которая может быть изучена с помощью JWST», — отметили авторы в статье, опубликованной 29 июля в журнале Nature.

Молодые лавовые планеты имеют относительно теплую ночную сторону (~1 500 К) благодаря внутренней тепловой конвекции. Со временем, без дополнительных источников тепла, ночная сторона остывает. Текущая температура мантии, измеряемая с помощью JWST, станет ключом к расшифровке истории планеты.

В ближайшие годы данные JWST и строящегося в Чили Чрезвычайно Большого Телескопа (ELT) позволят проанализировать как атмосферы, так и минералогию лавовых миров. Это раскроет взаимодействие между расплавленной поверхностью, газовой оболочкой и недрами планет.

Уже сейчас предварительные наблюдения «Джеймса Уэбба» за такими объектами, как K2-141b и TOI-6713.01, демонстрируют нестабильность их атмосфер — выбросы силикатных паров и признаки циклов испарения-конденсации. Ученые предполагают, что мощные звездные ветры «сдувают» часть атмосферы, что может объяснять отсутствие воды и газов-индикаторов жизни.

Кроме того, изучение лавовых планет поможет понять, насколько уникальна Земля. «Эти миры — лаборатория экстремальных условий. Они показывают, как могли бы выглядеть Меркурий или Венера, окажись ближе к Солнцу», — добавляет планетолог Мария Степанова из Института космических исследований РАН.

Следующий шаг — сравнение предсказаний модели с реальными данными. Если теория подтвердится, человечество получит новый инструмент для оценки возраста и истории далеких планет, что приблизит нас к ответу на вопрос: как формируются и развиваются миры в других звездных системах?