Еще в 2015 году космический телескоп «Кеплер» заметил странную планету, вращающуюся вокруг красного карлика в созвездии Льва, примерно в 100 световых годах от Земли.
K2-18b, как она была обозначена, примерно в восемь раз массивнее Земли и имеет вдвое больший радиус, что делает ее типом планет, который астрономы называют мини-Нептуном. Она совершает оборот вокруг своей родительской звезды всего за 33 дня, прочно помещая ее в обитаемую зону — область вокруг звезды, где может существовать жидкая вода.
Точные условия на такой планете определить невозможно. Но астрономы могут установить ограничения на то, что возможно, а что нет. И тогда поняли, что К2-18б далеко не обычный мир.
До этого астрономы считали, что все планеты относятся к категории газовых гигантов, таких как Юпитер, Сатурн и Нептун, или скалистых тел, таких как Земля, Марс и Венера. Но K2-18b допускал другую возможность — он был полностью покрыт океаном воды глубиной в сотни километров.
Водные миры
Астрономы быстро поняли, что этот водный мир представляет собой совершенно новый тип планет, который не существует в нашей Солнечной системе, но может быть распространен в других. Они назвали их мирами Хайса и начали поиски большего, начиная с подробностей о К2-18b.
Теперь Фрэнсис Ригби и Никку Мадхусудхан из Кембриджского университета в Великобритании охарактеризовали пределы условий, которые могут существовать на хайских мирах в обитаемой зоне. Эти обитаемые океанские миры оказались гораздо более экзотическими, чем предполагалось изначально.
«Эти планеты значительно расширяют диапазон планетарных свойств, в которых могут существовать пригодные для жизни условия», — говорят они.
Ригби и Мадхусудхан сосредоточились на пяти экзопланетах, обнаруженных космическими телескопами, которые потенциально могут быть Хайсами, включая K2-18b. Затем они моделируют глубину и температуру океана, долю массы в любой атмосфере над океаном и внутренний состав.
Оказывается, океаны на этих планетах затмят те, с которыми знакомы люди. На Земле средняя глубина океана составляет около трех километров при максимальной – 11 километров.
В хайских мирах могут быть океаны глубиной до 1000 километров. Ригби и Мадхусудхан говорят, что глубина в конечном итоге определяется гравитацией и температурой планеты, поскольку при достаточно высоком давлении вода превращается в различные экзотические виды льда. Это ограничивает их глубину.
«Глубина океана зависит от силы тяжести и температуры на поверхности и простирается от 10 секунд до ~1000 км в условиях Гиса, прежде чем перейти к льду высокого давления», — говорят они.
Но только на небольших водных мирах, близких по размеру к Земле, океаны могут достигать глубины в тысячи километров. Как ни странно, на более крупных планетах с большей гравитацией океаны будут более мелкими.
Этот лед высокого давления также накладывает интересные ограничения на обитаемость океана. Жизнь на Земле требует богатого запаса питательных веществ, состоящих из углерода, кислорода, водорода, азота, фосфора и серы. Эти элементы в конечном итоге происходят из горных пород, выветрившихся в результате контакта с водой на дне океанов.
Лед высокого давления
Но если морское дно хайских миров состоит из льда, это наложит важные ограничения на то, как питательные вещества могут вытекать из скалистых недр.
«Толстая мантия льда под высоким давлением на хайских мирах предотвратила бы выветривание скалистого ядра внизу, что потребовало бы альтернативных методов обогащения питательными веществами океанов», — говорят исследователи.
Но питательные вещества могут поступать и другими путями. Важным источником могут быть удары астероидов и комет, другим — атмосфера, и может даже происходить какой-то сложный процесс переноса питательных веществ через слой льда из скалистого ядра внизу. Очевидно, что здесь необходимы дополнительные исследования и больше данных.
И астрономы, вероятно, быстро это поймут благодаря обсерваториям нового поколения, таким как космический телескоп Джеймса Уэбба. Мадхусудхан уже проанализировал новые наблюдения JWST за исходной хайской планетой K2-18b, обнаружив, что ее атмосфера содержит как углекислый газ, так и метан.
Но, возможно, более важным является то, чего нет. Исследователи отмечают, что отсутствие аммиака, который хорошо растворим в воде, согласуется с наличием поверхностного океана. Это не доказательство, но наводит на размышления.
Дополнительные наблюдения, несомненно, помогут лучше охарактеризовать хайкийские миры. А Ригби и Мадхусудхан оптимистичны в отношении того, что их работа — всего лишь ступенька:
«Эти результаты подчеркивают разнообразие условий, возможных на этих планетах, и демонстрируют их потенциал для создания пригодных для жизни условий в совершенно других обстоятельствах, чем на Земле».
DiscoverMag
