|
Субнептуновые экзопланеты вряд ли имеют океаны
|
|
|
|
В апреле 2025 года об экзопланете, вращающейся вокруг карликовой звезды в 124 световых годах от Земли, писали заголовки газет по всему миру. Исследователи из Кембриджского университета сообщили, что планета K2-18b может быть морским миром с глубоким глобальным океаном, изобилующим жизнью.
|
|
|
|
Однако проведенное в настоящее время исследование показывает, что так называемые субнептуновые планеты, такие как K2-18b, вряд ли могут быть планетами, в которых преобладает вода, и что условия там далеки от благоприятных для жизни. "Количество воды на планетах гораздо более ограничено, чем считалось ранее", - отмечает Кэролайн Дорн, профессор экзопланет в ETH Zurich. Работа опубликована в Astrophysical Journal Letters.
|
|
|
|
Исследование проводилось под руководством ETH Zurich в сотрудничестве с исследователями из Института астрономии Макса Планка в Гейдельберге и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. K2-18b больше Земли, но меньше Нептуна, что относит ее к классу планет, которых нет в нашей Солнечной системе. Однако наблюдения показывают, что они часто встречаются в открытом космосе. Некоторые из этих субнептуновых объектов, вероятно, сформировались вдали от своей центральной звезды, за так называемой снеговой линией, где вода замерзает, превращаясь в лед, и позже мигрирует внутрь.
|
|
|
|
До сих пор считалось, что некоторые из этих планет смогли накопить особенно большое количество воды во время своего формирования и теперь скрывают глубокие глобальные океаны под богатой водородом атмосферой. Эксперты называют их планетами-гигантами: сочетание слов "водород" и "океан".
|
|
|
|
|
|
|
"Наши расчеты показывают, что этот сценарий невозможен", - говорит Дорн. Это связано с тем, что фундаментальная уязвимость предыдущих исследований заключалась в том, что они игнорировали любую химическую связь между атмосферой и внутренними частями планеты. "Теперь мы учли взаимодействие между внутренними частями планеты и ее атмосферой", - объясняет Аарон Верлен, исследователь из команды Дорна и ведущий автор исследования.
|
|
|
|
Исследователи предполагают, что на ранней стадии своего формирования субнептуны прошли через фазу, в течение которой они были покрыты глубоким океаном горячей магмы. Оболочка из газообразного водорода обеспечивала сохранение этой фазы в течение миллионов лет.
|
|
|
|
"В нашем исследовании мы исследовали, как химические взаимодействия между магматическими океанами и атмосферами влияют на содержание воды в молодых субнептуновых экзопланетах", - говорит Верлен.
|
|
|
|
Для этого исследователи использовали существующую модель, описывающую эволюцию планеты за определенный период времени. Они объединили ее с новой моделью, которая рассчитывает химические процессы, происходящие между газом в атмосфере и металлами и силикатами в магме.
|
|
Вода, исчезающая в недрах
|
|
|
|
Исследователи рассчитали состояние химического равновесия 26 различных компонентов в общей сложности для 248 моделей планет. Компьютерное моделирование показало, что химические процессы разрушают большинство молекул воды H2O. Водород (H) и кислород (O) присоединяются к металлическим соединениям, и они в значительной степени исчезают в ядре планеты.
|
|
|
|
Несмотря на то, что точность таких расчетов имеет некоторые ограничения, результаты убедили исследователей.
|
|
|
|
"Мы фокусируемся на основных тенденциях и можем четко видеть в ходе моделирования, что на планетах гораздо меньше воды, чем они накапливали изначально", - объясняет Верлен. "Количество воды, которая на самом деле остается на поверхности в виде H2O, составляет не более нескольких процентов".
|
|
|
|
В более ранней публикации группа Дорна уже смогла показать, что большая часть воды на планете скрыта в недрах.
|
|
|
|
"В текущем исследовании мы проанализировали, сколько всего воды содержится на этих субнептуновых планетах, - объясняет исследователь. - Согласно расчетам, нет отдаленных миров с массивными слоями воды, где вода составляет около 50% массы планеты, как считалось ранее. Поэтому существование планет, содержащих 10-90% воды, очень маловероятно".
|
|
|
|
Это делает поиски внеземной жизни более трудными, чем ожидалось. Условия, благоприятствующие жизни, с достаточным количеством жидкой воды на поверхности, вероятно, существуют только на планетах меньшего размера, которые, вероятно, можно будет наблюдать только с помощью обсерваторий, даже более мощных, чем космический телескоп Джеймса Уэбба.
|
|
Земля - это не особый случай
|
|
|
|
Дорн считает роль Земли особенно интересной в свете новых расчетов, которые показывают, что большинство отдаленных планет имеют такое же содержание воды, как и наша планета.
|
|
|
|
"Земля, возможно, не так необычна, как мы думаем. По крайней мере, в нашем исследовании она выглядит как типичная планета", - говорит она.
|
|
|
|
Исследователи также были удивлены кажущимся парадоксальным различием: планеты с наиболее богатой водой атмосферой - это не те, на которых скопилось больше всего льда за снежной линией, а те, которые сформировались внутри снежной линии. На этих планетах вода образовывалась не из кристаллов льда, а химическим путем, когда водород в атмосфере планеты вступал в реакцию с кислородом из силикатов в магматическом океане с образованием молекул H2O.
|
|
|
|
"Эти результаты ставят под сомнение классическую связь между образованием богатых льдом и водой атмосфер. Вместо этого они подчеркивают доминирующую роль равновесия между магматическим океаном и атмосферой в формировании состава планеты", - заключает Верлен.
|
|
|
|
Это будет иметь далеко идущие последствия для теорий формирования планет и интерпретации атмосфер экзопланет в эпоху телескопа Джеймса Уэбба.
|
|
|
|
Источник
|
