Главная » НАУКА » Ученые нашли на далеких нептунах океаны воды. Они могут быть обитаемы

Ученые нашли на далеких нептунах океаны воды. Они могут быть обитаемы

Ученые нашли на далеких нептунах океаны воды. Они могут быть обитаемы

Татьяна Пичугина. Среди уже известных экзопланет больше всего субнептунов — как правило, они в два с половиной раза крупнее Земли, расположены очень близко к родительским звездам и подвержены их жесткому излучению. Тем не менее у них сохранились остатки первичной атмосферы — в том числе из паров воды. Недавно ученые предположили, что на поверхности таких планет формируются океаны — а значит, нельзя исключать появления жизни.

Парадокс с атмосферой

Примерно четыре тысячи экзотических планет открыто сейчас в далеких системах, совсем не похожих на Солнечную. У нас есть каменистые Меркурий, Венера, Земля и Марс, газовые Юпитер и Сатурн, ледяные гиганты Уран и Нептун, а также пояс астероидов. Большинство экзопланет — переходные типы между каменистыми и гигантами, которых нет в нашей системе.

«Данные наблюдений показывают: экзопланеты, чей радиус равен от одного до четырех земных, очень многочисленны, а в Солнечной системе между этими крайними значениями — провал», — говорит Валерий Шематович, заведующий отделом исследований Солнечной системы Института астрономии РАН.

Еще одна странность — экзопланеты очень близки к своим звездам: периоды их обращения не превышают ста дней, а чаще ограничиваются десятками. Для сравнения: у Меркурия — 88 суток.

У многих звезд — компактные планетные системы, где объекты расположены на сходных орбитах. Все они испытывают сильное воздействие звездных ветров и были бы буквально стерильными, если бы не атмосферы. Как они там сохранились — эту загадку пытаются разгадать многочисленные исследовательские группы.

«Согласно теории формирования систем, все начинается с протопланетного облака из легких газов — молекулярного водорода и гелия, пылевой фракции и большого количества водяного льда. Близко к звезде большое силикатное ядро планеты образоваться просто не успевает — лед быстро испаряется. Но за так называемой линией снега, где излучение молодой звезды не такое сильное, формируются более массивные ядра. Они притягивают окружающий газ, накапливают первичную атмосферу и становятся газовыми гигантами», — объясняет ученый.

Как выглядит правильный нептун

Обычно в системе — несколько планет-гигантов, которые конкурируют между собой за газ, динамически воздействуют на другие тела и мигрируют к родительской звезде. Она, молодая и активная, встречает их жестким ультрафиолетовым излучением, вспышками, выбросами плазмы — и сдирает первичные газовые оболочки. Но очень массивные объекты удерживают эти оболочки — частично или целиком. А затем, по мере сокращения орбиты, превращаются в горячие юпитеры.

Планеты поменьше теряют атмосферу активнее, иногда — полностью. Среди них выделяются две самые многочисленные популяции. Первая — с радиусами, равными или чуть больше земного, это так называемые суперземли. Вторая — с радиусами в два-четыре земных: представители этой группы известны как субнептуны. То есть они меньше нашего Нептуна, который, в свою очередь, в четыре раза больше Земли.

Между ними — так называемое ущелье фотоиспарения, или деление Фултона — по имени автора статьи, впервые представившего данные о двух пиках в распределении экзопланет по радиусам и массам. Сегодня ученые считают, что фотоиспарение жестким излучением молодой родительской звезды, а также сдирание газовой атмосферы планеты звездным ветром во время миграции — самые вероятные механизмы образования вторичных атмосфер суперземель и субнептунов.

© Иллюстрация РИА Новости . Kite et al./2020, Geoff MarcyСубнептун, или газовый карлик, состоит из газовой атмосферы и каменистого ядра, которое в случае плавления образует магматический океан на поверхности (слева). Если планета очень быстро мигрирует к родительской звезде, на ее поверхности может возникнуть океан воды

Известно, что на стадии формирования каменистое ядро субнептунов плавится из-за гравитационного сжатия — и на его поверхности зарождается магматический океан.

«Он играет важную роль: это дополнительный механизм потери первичной атмосферы, которая бывает легкая — водородно-гелиевая и тяжелая — из паров воды. При быстрой миграции из-за линии снега легкая атмосфера может потеряться полностью. Тяжелая — частично, и тогда возникает океан. Считается, что вода в нем присутствует во всех состояниях — лед, жидкость и пары. Плотность такой планеты больше, чем у субнептунов с частично сохранившейся легкой атмосферой из водорода и гелия», — рассказывает Валерий Шематович.

В прошлом году космический телескоп TESS открыл у звезды TOI-270 одну суперземлю (TOI-270 b) и два субнептуна (TOI-270 c и TOI-270 d). Это самые маленькие и тесно расположенные экзопланеты, обнаруженные методом транзита — при наблюдении за прохождением объектов на фоне родительской звезды.

Оба субнептуна, по всей видимости, наполовину состоят из водяного льда. Правда, TOI-270 c — очень горячий, а TOI-270 d — умеренный, но слишком массивный, чтобы образовать океан. К тому же из-за парникового эффекта там теряется много воды. Однако, отмечают авторы работы, родительская звезда — красный карлик TOI-270 — неактивна: вряд ли она стерилизует свои планеты. При этом она достаточно яркая, так что в окрестностях следует искать зону обитаемости — орбиты, позволяющие каменистым планетам иметь жидкую воду на поверхности.

Солнечная система — пока единственная из известных, где есть жизнь. Однако у красных карликов зона обитаемости может располагаться гораздо ближе — эти звезды не такие массивные и горячие, как наше Солнце.

 

«Если мы наблюдаем атмосферу и знаем ее свойства, то можем уточнить параметры самой планеты, построить гипотезы об истории ее образования. А самое главное — начать поиск маркеров, указывающих на физические и химические условия для возникновения жизни», — рассуждает Шематович.

Он приводит в пример Венеру, интерес к которой пробудился в последние годы. На ее поверхности очень жарко — около 460 градусов, там высокое давление и ядовитая атмосфера. Но, как оказалось, на высоте примерно 70 километров в серных облаках есть среда, приемлемая для выживания простейших микробов земного типа.

«Там обнаружены пары воды и химическое разнообразие, туда поступает излучение Солнца — и ничто не мешает появлению жизни. Недаром NASA и «Роскосмос» возродили планы полета к Венере. Ищут следы жизни и на Марсе — только не на поверхности, а внутри. В этом году стартовали сразу три миссии. Например, марсоход NASA Perseverance с буровой установкой возьмет образцы грунта на глубине до двух метров», — отмечает астрофизик.

Вместе с коллегами в недавно созданной лаборатории исследования звезд с экзопланетами он изучает эволюцию открытой несколько лет назад космическим телескопом «Хаббл» атмосферы теплого нептуна Gliese 436 b.

«Удалось измерить параметры, построить модель и оценить скорость, с которой она теряется. По всей видимости, планета довольно стабильна — и где-то в глубине ее атмосферы, сильно раздутой из-за звездного излучения, есть пары воды. Если мы увидим химическое разнообразие, значит, могут быть и сложные структуры, без которых невозможно формирование предбиотических соединений», — подчеркивает ученый.

Из-за особенностей расположения и очень коротких орбит субнептуны легче всего исследовать, набирать статистику, а затем строить модели и проверять их. Специалисты из ИНАСАН рассматривают эти небесные тела как плацдарм для изучения других объектов — планет-океанов и суперземель. Те больше похожи на нашу Землю, а значит, перспективнее с точки зрения астробиологии и поиска биомаркеров.

Оставить комментарий