Вчені зафіксували аномальні дощі у надрах молодих екзопланет

У надрах планет може випадати дощ — не атмосферний, а внутрішній, утворений із води та водню. Нове дослідження вчених з UCLA та Принстона показало, що за екстремальних температур і тиску ці два елементи змішуються всередині молодих планет, а згодом — розділяються, спричиняючи глибинні дощі. Цей процес здатен суттєво змінити уявлення про формування екзопланет та навіть пояснити незрозумілі явища в нашій Сонячній системі, зокрема дивно низьку теплову активність Урана.

У період формування планети мають надзвичайно високі температури, а їх атмосфери складаються з однорідної суміші водню і води. З часом планета охолоджується, і ці речовини починають розділятися. Вода осідає вглиб атмосфери, утворюючи «внутрішній дощ», а водень — підіймається, формуючи зовнішню оболонку. Цей процес не тільки змінює будову атмосфери, але й супроводжується виділенням тепла, що впливає на еволюцію планети протягом мільярдів років.

Учені змоделювали ці явища за допомогою суперкомп’ютерних симуляцій, оскільки провести такі експерименти в лабораторії фізично неможливо. У симуляціях вони використовували кілька сотень атомів водню й води, щоб дослідити їхню поведінку на квантовому рівні. Дослідження показало, що водень і вода можуть змішуватись або розділятись залежно від внутрішньої температури планети.

Ці результати можуть пояснити, чому Уран випромінює набагато менше тепла, ніж подібний за розмірами Нептун. За однією з версій, у надрах Нептуна водяний дощ ішов активніше, тому він виробляє більше тепла. А Уран — більш «сухий» у цьому сенсі, і відповідно — холодніший.

Висновки дослідження також стосуються потенційно населених екзопланет із водневими атмосферами і водяними океанами, таких як K2-18 b чи TOI-270 d. Якщо їхні внутрішні температури досить високі, водень і вода там можуть не розділятися взагалі — утворюючи однорідну рідину. Це відкриває нові шляхи до розуміння того, як саме влаштовані планети поза межами Сонячної системи.