С момента подтверждения открытия первой экзопланеты в 1992 году астрономы нашли уже тысячи миров, существующих за пределами нашей Солнечной системы. Поскольку теперь новые экзопланеты открываются постоянно, исследования постепенно сдвигаются от простого открытия до описания их характеристик. По сути, теперь учёные уже пытаются определять состав экзопланет, чтобы понять, могут ли они поддерживать жизнь.
Ключевой частью этого процесса является определение того, сколько на выбранной экзопланете имеется воды – необходимой составляющей для того варианта жизни, что известен нам. На недавней научной конференции команда учёных презентовала новое исследование, из которого следует, что вода, судя по всему, должна быть основным компонентом экзопланет, размер которых превышает размер Земли в 2-4 раза. Это открытие имеют серьёзные последствия для поисков жизни вне Солнечной системы.
Исследование было темой презентации “Интерпретация модели роста распределения размера планет“, представленной на конференции Голдсмит 2018 в Бостоне. Во время выступления “Роль экстремального атмосферного убегания с горячих экзопланет” команда рассказала о своих открытиях, из которых следует, что водных миров во Вселенной может быть больше, чем считалось ранее.
Открытия основывались на данных, полученных с космического телескопа Кеплер и у миссии Гайя, и проанализированных международной командой учёных под руководством доктора Ли Цзэна, исследователя из департамента земных и планетных наук Гарвардского университета. Они отметили, что миссия Кеплер точно измерила радиусы более 4000 кандидатов в экзопланеты, а также периоды их орбитальных обращений и другие параметры.
По размеру кандидатов в экзопланеты можно разделить на две категории: в 1,5 больше Земли и в 2,5 раза больше Земли (по радиусу). Скомбинировав измеренные миссией Гайя массы и радиусы, команда смогла разработать модель внутренней структуры этих планет. Считается, что планеты в первой категории – скалистые, а во второй – газовые гиганты в промежутке от сверхземли до Нептуна.
Однако, если верить модели, разработанной Ли с коллегами, многие из подтверждённых экзопланет с размерами, превышающими земные в 2 – 4 раза, могут быть водными мирами. Такие планеты примерно на 50% по массе состоят из воды, тогда как на Земле вода составляет лишь 0,2% массы планеты. Как пояснил доктор Цзэн во время презентации:
Было весьма неожиданно узнать, что может существовать так много водных миров. Мы изучали связь массы с радиусом и выработали модель, которая может объяснить эту взаимосвязь. Из модели следует, что планеты, радиус которых в 1,5 раза превышает земной, обычно оказываются скалистыми (их масса в 5 раз больше земной), а планеты с радиусом в 2,5 раза больше земного (с массой в 10 раз большей, чем у Земли), скорее всего, являются водными.
Однако, если учесть характеристики орбит этих планет (их близость к их звёздам), появляется интересная закономерность. Как пояснил Ли, эти “водные миры” не столько скалистые планеты, покрытые глубокими океанами, сколько совершенно новый тип планет, эквивалентных которым в Солнечной системе нет.
“Это вода, но не тот распространённый её тип, что есть на Земле. Температура их поверхности должна находиться в промежутке от 200 до 500 градусов Цельсия, – сказал он. – Их поверхность должна быть покрытой атмосферой с преобладанием водяного пара, под которым существует жидкая вода. Если забраться глубже, можно ожидать, что эта вода превратится в лёд высокого давления раньше, чем мы достигнем скалистого ядра. Красота данной модели в том, что она объясняет, как состав планет соотносится с известными о них фактами”.
Ещё большее удивление вызывает то, насколько такие планеты распространены. Согласно их исследованию, порядка 35% всех известных экзопланет больших Земли по размеру должны быть богаты водой. Более того, они предположили, что они, скорее всего, формируются примерно так же как газовые гиганты – скалистое ядро, окружённое слоями летучей материи, которую давление превратило в твёрдый материал.
Естественно, что у этого открытия есть серьёзные последствия для поисков жизни за пределами Солнечной системы. До сей поры учёные считали, что вода является обязательным элементом для известного нам вида жизни. Но если это исследование верно, то на экзопланетах воды встречается больше, чем считалось ранее, но при этом она служит препятствием для возникновения жизни.
Если водные миры в самом деле состоят из горячей атмосферы, заполненной паром, и слоями льда рядом с их ядрами, то на таких мирах жизни было бы очень трудно появиться. Чрезвычайно высокая температура и отсутствие доступа к свету, гидротермальной активности и суше составляют весьма враждебную среду для обитания. Тем не менее, в исследовании предлагаются несколько интересных возможностей по определению характеристик экзопланет и изучению их свойств.
В будущем Ли с коллегами надеются, что недавно запущенный спутник TESS, космический телескоп, предназначенный для открытия экзопланет транзитным методом, найдёт гораздо больше таких водных миров. За этим последует работа наземных телескопов, а потом в строй войдёт телескоп имени Джеймса Уэбба и обеспечит спектроскопические измерения, которые помогут учёным узнать состав этих планет и их атмосфер.
Как сказала Сара Сигер, профессор-планетолог из Массачусетского технологического института, заместитель директора по науке в миссии TESS:
Удивительно представлять себе, что эти загадочные экзопланеты промежуточных размеров могут быть водными мирами с огромным количеством воды. Надеемся, что будущие наблюдения за атмосферами, заполненными густым паром, помогут подтвердить или опровергнуть эти новые открытия.
А пока нам остаётся искать следы жизни на множестве скалистых миров!
