|
Спутники блуждающих экзопланет пригодны для жизни
|
|
|
|
При условии, что у них плотная атмосфера, в которой преобладает водород, спутники, вращающиеся вокруг свободно плавающих экзопланет, могли бы удерживать большую часть тепла, выделяемого глубоко в их недрах приливными силами. Новое исследование, проведенное Дэвидом Дальбюддингом из Института внеземной физики имени Макса Планка и Джулией Рокетти из Европейского космического агентства, предсказывает, что водород может выступать в качестве мощного парникового газа, потенциально обеспечивая пригодные для жизни условия в течение миллиардов лет после того, как планеты—хозяева впервые покинут свои звездные системы. Работа была опубликована в журнале Monthly Notices Королевского астрономического общества.
|
|
|
|
Водород, поглощающий тепло
|
|
|
|
К настоящему времени астрономы обнаружили сотни экзопланет, дрейфующих в межзвездном пространстве, большинство из которых, вероятно, были выброшены из своих родительских систем в результате сильных гравитационных столкновений в далеком прошлом. После выброса эти миры—изгои, вероятно, стали бы чрезвычайно холодными и темными - по мнению некоторых астрономов, их спутники, возможно, столкнулись с более интересными судьбами.
|
|
|
|
Во время хаоса, вызванного выбросом, орбита спутника может сильно вытянуться, в результате чего он будет постоянно растягиваться и сжиматься под действием силы тяжести планеты-хозяина. Подобно Европе и Энцеладу в нашей Солнечной системе, эти приливные силы могут генерировать огромное количество внутреннего тепла.
|
|
|
|
|
|
|
Если бы атмосфера такой Луны была достаточно нестабильной для того, чтобы газы могли конденсироваться в жидкую форму, большая часть этого приливного тепла просто излучалась бы в космос. Но ситуация могла бы быть совсем иной для атмосферы с высоким давлением, в которой преобладает водород.
|
|
|
|
В современной атмосфере Земли молекулы водорода (простые пары связанных атомов водорода) оказывают незначительное согревающее действие, но при высоком давлении они могут поглощать тепло посредством процесса, известного как "поглощение, вызванное столкновением" (CIA). Во время мимолетных столкновений молекулы водорода образуют супрамолекулярные комплексы - временные структуры, удерживаемые вместе слабыми нековалентными связями.
|
|
|
|
Эти комплексы гораздо лучше поглощают инфракрасное излучение, чем связи внутри изолированных молекул водорода, и могут конкурировать с поглощением таких мощных парниковых газов, как углекислый газ и метан.
|
|
|
|
В результате некоторых предыдущих исследований было рассмотрено, сколько энергии, генерируемой внутри Луны или даже новообразованных планет, может эффективно удерживаться в плотной водородной атмосфере. Если бы это было возможно, эти атмосферы могли бы нагреваться без крупномасштабной конденсации, которая сопровождала более ранние модели, в которых преобладал углекислый газ.
|
|
|
|
"Температура поверхности такой экзолуны могла бы быть достаточной для поддержания жидкой воды без присутствия поблизости звезды, что значительно расширяло бы возможности возникновения жизни во Вселенной", - объясняет Дальбюддинг. "Но хотя такие спутники могут быть обнаружены в ближайшем будущем, подтверждение и анализ наличия какой-либо атмосферы могут оказаться невозможными в течение длительного времени".
|
|
Объединение расчетов
|
|
|
|
На данный момент лучший способ изучить эти экзотические условия - это моделирование. Как объясняет Дальбюддинг, это моделирование позволяет исследователям проследить, как менялись атмосфера и орбита Луны на протяжении миллиардов лет после выброса ее планеты.
|
|
|
|
"Мы объединили точные расчеты температуры атмосферы с данными о химическом составе, в основном за счет конденсации", - говорит он. "В результате мы получили наиболее реалистичное — хотя и приблизительное — моделирование таких спутников на сегодняшний день".
|
|
|
|
Вдобавок ко всему, исследователи использовали новейшие теоретические данные о том, как орбиты экзолун меняются с течением времени. "В 2023 году в исследовании, проведенном под руководством Джулии Роккетти (Giulia Roccetti), было смоделировано, как циркуляция по орбите приводит к уменьшению доступного приливного тепла с течением времени", - продолжает Дальбюддинг. "Вместе с этими предыдущими результатами мы можем рассчитать максимальное время, проведенное в обитаемой зоне".
|
|
Сохранение жидкой воды
|
|
|
|
Расчеты команды показывают, что в самых плотных из рассмотренных атмосфер, в которых преобладает водород (достигающий давления, в 100 раз превышающего давление на поверхности Земли), эффект поглощения, вызванный столкновением, сделает условия достаточно теплыми и стабильными для поддержания жидкой воды. В некоторых случаях эти пригодные для жизни условия могут сохраняться до 4,3 миллиарда лет после выброса планеты—хозяина, что сопоставимо с нынешним возрастом Земли.
|
|
|
|
"Водород действует не только как мощный парниковый газ, но и как стабильный фон, на котором более или менее конденсирующиеся вещества, такие как метан, аммиак и водяной пар, могут дополнительно способствовать сохранению внутреннего тепла", - говорит Дальбюддинг.
|
|
|
|
Помимо моделирования удаленных экзолун, исследователи предполагают, что их результаты могут также пролить свет на прошлое самой Земли. До появления жизни атмосфера нашей планеты, возможно, была намного богаче водородом, чем сегодня, и периодически подвергалась повышенному давлению из—за частых столкновений с астероидами - условий, которые могли усилить поглощение, вызванное столкновениями.
|
|
|
|
Такие условия, возможно, способствовали образованию и репликации молекул РНК, что в конечном итоге помогло запустить процесс эволюции.
|
|
|
|
"Благодаря продолжающимся дискуссиям мы связываем наши исследования с последними достижениями в поиске причин возникновения жизни на Земле", - говорит Дальбюддинг. - И с помощью нашей статьи мы надеемся навести мост между био- и астрофизикой и для других ученых".
|
|
|
|
Источник
|
