Ученые обнаружили две планеты, вращающиеся вокруг далекой звезды, которые кажутся водными мирами. Согласно новому исследованию, вода занимает около половины их общего объема. Экзопланеты Kepler-138 c и Kepler-138 d находятся на расстоянии около 218 световых лет от нас и вращаются вокруг красного карлика Kepler-138.
Группа астрономов во главе с исследователями из Монреальского университета нашла доказательства того, что две экзопланеты, вращающиеся вокруг красного карлика Kepler-138, являются так называемыми водными мирами, т. е. планетами, большую часть объема которых составляет вода. Расположенные в планетной системе в 218 световых годах от нас в созвездии Лиры, эти миры не похожи ни на какие планеты в нашей Солнечной системе.
Подробное исследование планетной системы Kepler-138 было опубликовано в журнале Nature Astronomy (DOI: 10.1038/s41550-022-01835-4).
Система Kepler-138
Система Kepler-138 изучалась с помощью космического телескопа "Хаббл", ныне не работающего космического телескопа "Спитцер" и обсерватории Кека на Гавайях. Используя возможности обсерваторий, ученые обнаружили, что экзопланеты Kepler-138 c и Kepler-138 d, которые примерно в полтора раза больше Земли, могут состоять в основном из воды. Эти планеты были впервые обнаружены уже завершившим свою работу космическим телескопом "Кеплер" в 2014 году. Помимо этих двух планет, в этой системе есть еще две планеты — Kepler-138 b, которая намного ближе к звезде, и Kepler-138 е, которая дальше всего от красного карлика. Мир Kepler-138 e был обнаружен только в ходе новых исследований.
Вода на этих мирах не была обнаружена напрямую. Сравнивая размеры и массы планет с моделями, исследователи пришли к выводу, что большая часть их объема — до половины — должна состоять из материалов, которые легче камня, но тяжелее водорода или гелия (компонент большинства газовых гигантов, таких как Юпитер). Наиболее распространенным из этих материалов-кандидатов является вода.
Это могут быть другие молекулы, которые будут иметь плотность, подобную воде — метан или аммиак были бы хорошими альтернативами — но причина, по которой мы думаем, что это, скорее всего, вода, заключается в том, что вода является наиболее распространенной по сравнению с этими альтернативами во Вселенной, — сказала Кэролайн Пиоле, руководившая работой ученых.
Раньше мы думали, что планеты немного больше Земли представляют собой большие сферы из металла и камня, похожие на увеличенную версию Земли, и поэтому мы назвали их суперземлями, — объяснил Бьорн Беннеке, соавтор статьи. — Однако мы сейчас показали, что эти две планеты имеют совершенно разную природу: большая часть всего их объема, вероятно, состоит из воды. Впервые мы наблюдаем планеты, которые можно с уверенностью идентифицировать как водные миры.
Водные миры
Планеты Kepler-138 c и Kepler-138 d, более чем в три раза превышающие объем Земли и вдвое превышающие массу, имеют гораздо меньшую плотность, чем Земля. Это удивительно, потому что большинство планет, не намного больших, чем Земля, которые до сих пор подробно изучались, оказались каменистыми мирами, подобными нашей планете. По мнению ученых, самым близким сравнением с двумя планетами могут быть некоторые из ледяных лун во внешней Солнечной системе, которые также в значительной степени состоят из воды, окружающей каменистое ядро.
Представьте себе более крупные версии Европы или Энцелада, богатые водой луны, вращающиеся вокруг Юпитера и Сатурна, но гораздо ближе к звезде, — сказал Пиоле.
Ученые отмечают, что рассматриваемые планеты могут не иметь океанов, подобных земным, непосредственно на поверхности планеты. По их мнению, вся эта вода может находиться в атмосфере из водяного пара.
Температуры в атмосферах Kepler-138 c и Kepler-138 d, вероятно, выше точки кипения воды, поэтому мы ожидаем плотные атмосферы водяного пара на этих планетах. Только в этой атмосфере может быть жидкая вода под высоким давлением, да еще и вода в другой фазе, в так называемом сверхкритическом состоянии, — сказал Пиоле.
Планеты-близнецы
Недавно другая команда из Университета Монреаля обнаружила экзопланету под названием TOI-1452 b, которая потенциально может быть полностью покрыта океаном, но ученым потребуется использовать мощные возможности космического телескопа имени Джеймса Уэбба, чтобы изучить ее атмосферу и подтвердить ее характеристики.
Ученые определили, что два водных мира Kepler-138 c и d являются планетами-близнецами очень похожего размера и массы, тогда как ранее считалось, что это совершенно разные планеты. Эти исследования также подтвердили, что ближайшая планета, вращающаяся вокруг своей звезды, Kepler-138 b, является небольшой планетой с массой, подобной Марсу, одной из самых маленьких экзопланет, обнаруженных до сих пор.
Поскольку наши инструменты и методы станут достаточно чувствительными, чтобы находить и изучать планеты, находящиеся дальше от их звезд, мы можем начать находить гораздо больше водных миров, таких как Kepler-138 c и d, — заключил Беннеке.
