На экзопланете нашли воду. Но так ли это на самом деле?

Земля была планетой-океаном

Когда 4,5 миллиарда лет назад ряд мощных столкновений между пылью и космическими породами положил начало рождению нашей планеты, совсем еще юная Земля представляла собой пузырящуюся, расплавленную сферу магмы глубиной в тысячи километров. Постепенно охлаждаясь по мере вращения, через несколько миллионов лет после своего рождения, остывающая магма сформировала первые минеральные кристаллы в земной коре. Спустя 4 миллиарда лет именно их удалось обнаружить ученым из Северо-Западной Австралии, которые решили проанализировать породу,найденную в глубине самого маленького континента планеты. В ходе проведенного исследования выяснилось, что кристаллы представляли собой остатки древнего океанического дна, свидетельствующего о том, что когда-то очень давно на Земле не существовало суши в том понимании, к которому мы все привыкли.

Согласно представленной учеными теории, континенты появились гораздо позже: в тот момент, когда тектоника плит толкнула огромные скалистые массы суши вверх, чтобы пробить морскую поверхность. Между тем, первая вода Земли, возможно, была принесена сюда богатыми льдом кометами из-за пределов нашей Солнечной системы. Альтернативная версия же утверждает, что влага могла прибыть в виде пыли из облака частиц, которое породило Солнце и вращающиеся вокруг него объекты.

Кометная бомбардировка могла положить начало жизни на Земле

Взвесить и обмерить

TESS использует для открытия экзопланет метод транзитов. Его суть проста: когда планета проходит между звездой и наблюдателем (это прохождение и называется транзитом), она затмевает собой часть света. Этот эффект повторяется при каждом обороте экзопланеты вокруг родительского светила. Такие периодически падения яркости и сигнализируют, что у звезды есть планета. Точно измерив процент затмеваемого света, астрономы могут определить и диаметр экзопланеты.

Этот метод открытия далеких миров необычайно продуктивен: более 70% из примерно 4800 известных планет были обнаружены именно так. Но у него есть свои ограничения. Например, орбита экзопланеты может попросту не пересекать линию «звезда — наблюдатель». Такие миры не совершают транзитов (потому и называются нетранзитными), то есть остаются невидимыми для этого метода.

Типовое жилье: насколько уникальна Солнечная система

Радиусы экзопланет L 98-59 b, c и d, по данным TESS, составляют от 0,8 до 1,6 земного. Это очень интригующие цифры. Планета размером с нашу едва ли окажется ледяной или газовой. Скорее всего, по своему химическому составу она будет сходна с Землей, а землеподобные миры по понятным причинам интересуют человечество больше любых других.

Однако чтобы уверенно судить о составе и строении планеты, нужно знать ее плотность. Плотность можно получить, разделив массу на объем, но вот массу невозможно измерить методом транзитов.

К счастью, все-таки существует способ «бросить» планету «на весы». Это другой классический подход — метод лучевых скоростей (с его помощью обнаружено примерно 20% известных экзопланет). Суть его в том, что притяжение планеты действует на родительскую звезду. Светило как бы пританцовывает на месте, чуть-чуть сдвигаясь навстречу собственному спутнику. Точные приборы улавливают в спектре звезды след этого движения. Метод лучевых скоростей позволяет определить массу планеты и выловить нетранзитные миры.

Разные научные группы дважды исследовали систему L 98-59 методом лучевых скоростей. В этих наблюдениях исследователи оценили массу двух из трех ее известных планет — L 98-59 c и L 98-59 d. Чтобы «взвесить» L 98-59 b, самую легкую из этой троицы, не хватало точности измерений. К тому же тогда астрономы не обнаружили в системе никаких новых экзопланет.

Откуда вода?

Каким же образом на больших спутниках планет-гигантов могла в таком количестве скопиться вода? Оказывается, здесь в дело вступает сложная динамика и термодинамика, разворачивавшаяся на этапе формирования газовых гигантов из протопланетного диска. Фактически, газовые гиганты собирали вокруг себя миниатюрные «солнечные системы». Сама планета-гигант состоит преимущественно из водорода, которого, однако, слишком мало для запуска термоядерного синтеза и превращения такой планеты в звезду. Но вокруг планеты-гиганта происходила бурная аккреция: гигант оказывался окружен целым роем мелких и мельчайших частиц. Пыль быстро смешивалась с водородными облаками планеты, а более крупные твердые тела (в статье, ссылка на которую поставлена в начале этого раздела, они называются «pebble», «галька») становились не только точками притяжения сравнительно тяжелых минералов из протопланетного диска (силикатов), но и телами, на которых конденсировались водородсодержащие соединения (вода, аммиак, метан), более тяжелые, чем сам водород. Скорее всего, планеты-гиганты успели подхватить в свою свиту и полноценные планетезимали, давшие начало крупнейшим из спутников.

При этом совсем недалеко от Юпитера, на расстоянии около 2,7 астрономических единиц от Солнца, пролегает так называемая «линия замерзания» или «снеговая линия». Дальше этой линии водородсодержащие соединения остаются в стабильно твердом или жидком виде, но не улетучиваются. Именно поэтому за снеговой линией имелось такое множество планетезималей, и у планет-гигантов сформировались огромные системы спутников, а у Сатурна и Урана сформировались кольца. Все эти объекты, считая темную сторону Ио, постоянно или эпизодически покрыты «снегом» — так, в 2018 году при помощи телескопа ALMA удалось определить, что на теневой стороне Ио температура может опускаться до -168 градусов Цельсия, а в среднем составляет около -150 градусов.

Тем не менее, если абстрагироваться от столь экстремального примера, как с Ио, становится понятно: при наличии каменного (силикатного) ядра и в условиях постоянного воздействия приливных сил крупный спутник может покрыться толстой ледяной коркой, под которой будет целый океан жидкой соленой воды, либо массив аморфного льда. Впрочем, давайте поговорим об этом по порядку.

Есть ли жизнь без кондиционера?

Критики «земного шовинизма» (позиции, гласящей, что жизнь возможна только на «копиях Земли», планетах со строго земными условиями) тут же задали вопрос: а почему, собственно, все решили, что минералы не смогут прорываться через слой экзотического льда? Чем прочнее и непроницаемее крышка над чем-то раскаленным, тем больше под ней скапливается энергии, которая стремится вырваться наружу. Вот та же Венера — тектоники плит вроде нет, а углекислый газ прорвался из недр в таких количествах, что житья от него нет в прямом смысле этого слова. Следовательно, то же самое возможно и с выносом наверх минералов — твердые породы при вулканических извержениях вполне попадают наверх.

Но даже если так, остается другая проблема — «сломанный кондиционер» углеродного цикла. Может ли планета-океан быть обитаемой и без него?

В Солнечной системе немало тел, на которых углекислый газ вовсе не играет роль главного регулятора климата. Вот, скажем, Титан, крупный спутник Сатурна.

Титан. Фото: NASA / JPL-Caltech / Stéphane Le Moué

Титан. Фото: NASA / JPL-Caltech / Stéphane Le Mouélic, University of Nantes, Virginia Pasek, University of Arizona

Тело это ничтожно малой в сравнении с Землей массы. Однако оно образовалось далеко от Солнца, и излучение светила не «выпарило» из него легкие элементы, в том числе азот. От этого на Титане атмосфера почти из чистого азота, того же газа, что доминирует на нашей планете. Вот только плотность его азотной атмосферы вчетверо больше нашей — при гравитации в семь раз слабее.

При первом же взгляде на климат Титана возникает устойчивое ощущение, что он крайне стабилен, хотя «углеродного» кондиционера в прямом виде там и нет. Достаточно сказать, что между полюсом и экватором Титана разница температур — всего три градуса. Будь на Земле такая же ситуация, планета была бы куда более равномерно заселена и в целом более пригодна для жизни.

Более того, расчеты ряда научных групппоказали: при плотности атмосферы в пять раз выше земной, то есть на четверть выше, чем на Титане, даже парникового эффекта одного только азота вполне хватит для того, что температурные колебания упали почти до нуля. На такой планете и днем, и ночью, и на экваторе, и на полюсе температура была бы всегда одинаковой. Земная жизнь о таком может только мечтать.

Планеты-океаны по своей плотности находятся как раз на уровне Титана (1,88 г/см³), а не Земли (5,51 г/см³). Скажем, три планеты в зоне обитаемости TRAPPIST-1 в 40 световых годах от нас имеют плотность от 1,71 до 2,18 г/см³. Иными словами, скорее всего, у подобных планет более чем достаточная плотность азотной атмосферы, чтобы иметь стабильный климат за счет одного только азота. Углекислый газ не сможет превратить их в раскаленную Венеру, потому что действительно большая масса воды может связать много углекислого газа даже безо всякой тектоники плит (углекислый газ поглощается водой, причем чем выше давление, тем больше она может его содержать).

Материалы по теме

Космос: факты в которые трудно поверить Переворот магнитных полюсов и катастрофические последствия для жизни Северный магнитный полюс, движется в сторону Азии. Южный магнитный полюс направляется в сторону Австралии. Это все является частью крупномасштабного события — смены полюсов планеты. Электромагнитная теория о душе Вселенной «В 1945 году по местному времени примитивный вид пред-разумных приматов на планете Земля — взорвал первое термоядерное устройство. Они и не подозревали, что создали эхо в сверх-космической паутине, используемой для нелокального общения и переселения душ цивилизациями Транс-галактического союза, сети, которую более мистически настроенные расы называют «телом Бога».

Море белого сна

Фото: NASA

Фото: NASA

Лёд — одновременно и вода, и суша. Океан, скованный многокилометровым кристаллическим панцирем, как на спутниках планет-гигантов, малоинтересен. Ведь какие бы тайны ни скрывались в его глубинах, до них не добраться. Другое дело — мир плавучего льда, где пронизанные извилистыми пещерами айсберги соседствуют с промоинами и трещинами.

В воде будет кипеть жизнь, а значит, найдётся для неё место и на льдинах. Недаром берега Антарктиды так плотно «засижены» рыбоядными птицами и тюленями. Другой вопрос, что человеку тут придётся довольно туго: на льду нет ничего, кроме снега. Даже если строить жилища из китовых костей и шкур, а топить жиром, потребуется ещё придумать, где найти камень, чтобы высечь искру.

Теги

Adblock
detector