Внутри планет скрываются гигантские океаны воды: может ли там существовать жизнь?

Толчком к переосмыслению роли воды в эволюции планет послужил анализ распределения воды на Земле. Тщательное изучение состава нашей планеты показало, что привычные нам океаны, реки и озера, кажущиеся бескрайними, на самом деле содержат лишь незначительную часть общего количества планетарной воды. Значительно большая ее часть, возможно, до 80%, находится в связанном состоянии в мантии и даже ядре Земли. Это открытие заставило ученых задаться вопросом: а не происходит ли нечто подобное и на других планетах, в том числе на экзопланетах, вращающихся вокруг далеких звезд?

Исследования профессора Дорн и ее команды были сосредоточены именно на экзопланетах. Особое внимание уделялось так называемым «горячим юпитерам» и «горячим нептунам» — экзопланетам, расположенным близко к своим звездам и обладающим высокой температурой поверхности. Эти планеты, как правило, покрыты океанами расплавленной магмы. Ученые предположили, что в таких экстремальных условиях вода может активно взаимодействовать с другими веществами, в частности, с железом, которое является основным компонентом ядра многих планет.

Художественное изображение планеты GJ 1214 b с туманной паровой атмосферой
Автор: By NASA/JPL-Caltech/R. Hurt Public Domain Источник: commons.wikimedia.org

Для проверки этой гипотезы исследователи провели серию компьютерных моделирований, воссоздав условия, характерные для недр горячих экзопланет. Результаты моделирования превзошли все ожидания. Оказалось, что в условиях высокой температуры и давления вода действительно активно растворяется в магматическом океане и, связываясь с каплями железа, начинает опускаться к ядру планеты. Этот процесс можно представить как своего рода подводный лифт, который эффективно транспортирует воду в глубокие слои планеты.

Дальнейший анализ показал, что эффективность этого лифта напрямую зависит от размера и массы планеты. Чем массивнее планета, тем больше воды оказывается заперто в ее ядре. Кроме того, под колоссальным давлением, характерным для ядра, вода претерпевает изменения на молекулярном уровне, разлагаясь на водород и кислород. Эти элементы затем интегрируются в структуру ядра, делая воду практически недоступной для наблюдения с поверхности.

Таким образом, значительная часть воды, присутствующей на планете в момент ее формирования, может быть захвачена в глубинах, образуя скрытые резервуары, о существовании которых мы ранее не подозревали.

На этой иллюстрации показано, как может выглядеть экзопланета K2-18 b на основе научных данных. K2-18 b, экзопланета в 8,6 раза массивнее Земли, вращается вокруг прохладной карликовой звезды K2-18 в обитаемой зоне и находится в 120 световых годах от Земли. Новое исследование с помощью космического телескопа НАСА «Джеймс Уэбб» экзопланеты K2-18 b, которая в 8,6 раза массивнее Земли, показало наличие углеродсодержащих молекул, включая метан и углекислый газ. Обилие метана и углекислого газа и недостаток аммиака подтверждают гипотезу о том, что под богатой водородом атмосферой K2-18 b может существовать водный океан. На этой иллюстрации экзопланета K2-18 c показана между K2-18 b и ее звездой
Автор: By Illustration: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)Science: Nikku Madhusudhan (IoA) — https://webbtelescope.org/contents/media/images/2023/139/01H9R88HG8YXRMARWZ5B1YDT27, Public Domain Источник: commons.wikimedia.org

Однако это не означает, что такие планеты полностью лишены поверхностной воды. В процессе остывания магматического океана и формирования мантии часть воды может высвобождаться, поднимаясь наверх и формируя океаны и атмосферу. Таким образом, наличие поверхностной воды может быть лишь «верхушкой айсберга», свидетельствуя о наличии гораздо больших запасов воды, скрытых в недрах планеты.

Открытие скрытых водных резервуаров имеет огромное значение для поиска жизни за пределами Земли. Вода — ключевой фактор для возникновения и развития жизни, как мы ее знаем. Новые данные позволяют предположить, что даже планеты, не обладающие обширными поверхностными водоемами, могут содержать значительные запасы воды в своих недрах, что в свою очередь может создавать условия для существования жизни в глубинных слоях.

В настоящее время команда профессора Дорн активно изучает конкретные экзопланеты, такие как TOI-270d и K2-18b, в поисках подтверждения своей теории. Они анализируют состав атмосфер этих планет, пытаясь найти следы взаимодействия между магматическим океаном и атмосферой, что могло бы служить косвенным доказательством наличия глубинных водных резервуаров.

Поиск обитаемых миров вступает в новую эру. Мы учимся проникать в глубины экзопланет, понимая сложность и многообразие планетарной эволюции. Возможно, именно в их недрах, скрытых от нашего взгляда, таится ответ на вопрос о распространенности жизни во Вселенной

Источник