|
Новая модель направлена на демистификацию паровых миров
|
|
|
|
Для астробиологов поиск жизни за пределами нашей солнечной системы можно сравнить с поиском жизни в обширной пустыне — по сути, там, где есть вода. И оказывается, что один из наиболее распространенных типов экзопланет, наблюдаемых в планетных системах за пределами нашей, имеет размер и массу, которые указывают на то, что внутри них много воды. Они относятся к категории "субнептуновых", потому что их размер и масса находятся между размерами Земли и Нептуна.
|
|
|
|
Но поскольку экзопланеты такого типа, как правило, находятся гораздо ближе к своей звезде-хозяину, чем Земля к солнцу, субнептуны слишком горячие, чтобы на их поверхности была жидкая вода и поддерживалась жизнь. Вместо этого у них была бы атмосфера, состоящая из пара, над слоями экзотической фазы воды, которая не ведет себя ни как газ, ни как жидкость. С тех пор как 20 лет назад было впервые предсказано существование этих "паровых миров", интерес к их точному составу и эволюции возрос.
|
|
|
|
Теперь астробиологи и астрономы из Калифорнийского университета в Санта-Крузе разработали более точный способ моделирования этих паровых миров, который поможет лучше понять их состав и, в конечном счете, то, как они вообще сформировались. "Когда мы поймем, как формируются наиболее часто наблюдаемые планеты во Вселенной, мы сможем переключить наше внимание на менее распространенные экзопланеты, которые на самом деле могут быть пригодны для жизни", - сказал Артем Агичин, научный сотрудник Калифорнийского университета в Санта-Крузе, который руководил разработкой новой модели.
|
|
|
|
|
|
|
Работа описана в статье, опубликованной 24 июля в журнале Astrophysical Journal, в соавторстве с профессором Натали Баталья, руководителем астробиологической инициативы Калифорнийского университета в Санта-Крузе, а также профессором Джонатаном Фортни, заведующим кафедрой астрономии и астрофизики университета.
|
|
|
|
Больше, чем ледяные луны
|
|
|
|
Впервые в истории космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) подтвердил наличие пара на нескольких субнептуновых объектах. Астрономы ожидают, что JWST проведет еще десятки наблюдений, и именно поэтому такие модели имеют решающее значение для установления связи между тем, что мы видим с поверхности экзопланеты, и тем, что находится внутри нее.
|
|
|
|
Модели, исторически использовавшиеся для описания субнептуновых объектов, были разработаны для изучения ледяных спутников нашей Солнечной системы, таких как спутник Юпитера Европа и спутник Сатурна Энцелад. Агичайн говорит, что сложные модели могут помочь интерпретировать то, что космические телескопы, такие как JWST, показывают о субнептуновых объектах.
|
|
|
|
Ледяные спутники - это небольшие плотные тела со слоистой структурой: ледяная корка, покрывающая океаны с жидкой водой. Субнептуны сильно отличаются от них. Они значительно массивнее — в 10-100 раз — и, опять же, обращаются гораздо ближе к своим звездам. Поэтому у них нет ледяной корки и жидких океанов, как у Европы или Энцелада. Вместо этого у них плотная паровая атмосфера и слои "сверхкритической воды".
|
|
|
|
Эта экзотическая, сверхкритическая фаза воды была воссоздана и изучена в лабораториях на Земле, демонстрируя гораздо более сложное поведение, чем простая жидкая вода или лед, что затрудняет точное моделирование. Некоторые модели даже предполагают, что в условиях экстремального давления и температуры внутри Субнептунов вода может даже превращаться в "суперионный лед" - фазу, в которой молекулы воды перестраиваются таким образом, что ионы водорода свободно перемещаются по кислородной решетке.
|
|
|
|
Эта фаза была получена в лаборатории и, как полагают, существует в глубоких недрах Урана, Нептуна, а также, возможно, под-Нептуном. Итак, чтобы смоделировать субнептуны, исследователям необходимо понять, как вода ведет себя в виде чистого пара, в качестве сверхкритической жидкости и в экстремальных состояниях, таких как суперионный лед. Модель, разработанная этой командой, учитывает экспериментальные данные о физике воды в экстремальных условиях и расширяет возможности необходимого теоретического моделирования.
|
|
|
|
"Недра планет являются естественными "лабораториями" для изучения условий, которые трудно воспроизвести в университетской лаборатории на Земле. То, что мы узнаем, может иметь непредвиденное применение, о котором мы даже не задумывались. В этом смысле водные миры особенно экзотичны", - объяснил Баталья. "В будущем мы можем обнаружить, что некоторые из этих водных миров представляют собой новые ниши для жизни в галактике".
|
|
|
|
Моделируя распределение воды на этих распространенных экзопланетах, ученые могут проследить, как вода — одна из самых распространенных молекул во Вселенной — перемещается во время формирования планетных систем. Действительно, Агичайн сказал, что вода обладает целым рядом удивительных свойств:
|
|
|
|
- Это одновременно и кислота, и основание, участвующие в химическом балансе
|
|
- Они хорошо растворяют соли, сахара и аминокислоты
|
|
- Они создают водородные связи, придающие воде более высокую вязкость, температуру кипения, способность сохранять тепло и многое другое.
|
|
|
|
"Жизнь можно рассматривать как сложную систему, - сказал Агичайн, - и вода обладает широким спектром свойств, которые обеспечивают эту сложность".
|
|
Оглядываясь назад и вперед
|
|
|
|
Он также подчеркнул, что их моделирование фокусируется не на статичных снимках субнептуновых объектов, а на их эволюции на протяжении миллионов и миллиардов лет. Поскольку свойства планет значительно меняются с течением времени, моделирование этой эволюции имеет важное значение для точных прогнозов, сказал он.
|
|
|
|
Моделирование вскоре будет проверено продолжающимися наблюдениями с помощью JWST, а также будущими миссиями, такими как предстоящий запуск Европейским космическим агентством телескопа планетарного транзита и колебаний звезд (PLATO), предназначенного для поиска планет земного типа в обитаемой зоне их звезды-хозяина.
|
|
|
|
"PLATO сможет сообщить нам, насколько точны наши модели и в каком направлении нам нужно их усовершенствовать", - сказал Агичайн. "Так что на самом деле наши модели в настоящее время делают эти прогнозы для телескопов, помогая при этом определить следующие шаги в поисках жизни за пределами Земли".
|
|
|
|
Источник
|
