Научные исследования экзопланет, планет, вращающихся вокруг других звезд, продолжают удивлять астрономов и геофизиков. Совсем недавно группа ученых под руководством Кэролайн Дорн из Швейцарской высшей технической школы Цюриха представила результаты, которые могут изменить наше представление о составе экзопланет. Исследования показывают, что эти далекие миры могут содержать гораздо больше воды, чем предполагалось ранее, что открывает новые горизонты для изучения возможной жизни на них.
Традиционно ученые основывались на простой модели планеты, аналогичной Земле, где железное ядро окружено мантией из силикатных пород и океанами воды. Однако современные исследования показывают, что экзопланеты могут быть гораздо более сложными. Дорн и ее коллеги, включая Хайяна Ло и Цзе Дэна из Принстонского университета, использовали модельные расчеты, чтобы выяснить, как вода распределяется между силикатами и железом в условиях высоких давлений, характерных для экзопланет.
Одним из ключевых выводов исследования стало то, что вода может растворяться в расплавленных магматических океанах, которые окружают горячие ядра экзопланет. Железные капли, находящиеся в этом магматическом супе, ведут себя как лифты, поднимаясь вниз вместе с водой в ядро планеты. Это означает, что в зависимости от массы планеты, она может поглощать до 70 раз больше воды, чем силикатные породы. Однако при этом вода в ядре больше не существует в привычной форме молекул H₂O, а превращается в водород и кислород.
Исследование было вдохновлено предыдущими открытиями о содержании воды на Земле, которые показали, что океаны представляют лишь малую часть от общего объема воды на планете. Ученые полагают, что более 80% воды может находиться в недрах Земли, что открывает новые возможности для понимания распределения воды на других планетах.
Важно отметить, что новые данные о распределении воды на экзопланетах могут существенно изменить подход астрономов к интерпретации наблюдений. При изучении массы и радиуса экзопланет, астрономы часто игнорируют растворимость воды, что может приводить к занижению ее объема в расчетах. Это открытие подчеркивает, что на экзопланетах может быть гораздо больше воды, чем считалось ранее, что имеет важные последствия для поиска потенциально обитаемых миров.
Распределение воды также играет важную роль в понимании формирования и эволюции планет. Вода, которая попадает в ядро, остается там навсегда, в то время как вода, растворенная в магматическом океане мантии, может подниматься на поверхность во время охлаждения. Это создает возможность обнаружения воды в атмосферах экзопланет, что может указывать на наличие большего объема воды внутри планеты.
Космический телескоп Джеймса Уэбба активно исследует атмосферу экзопланет, пытаясь установить связь между составом атмосферы и внутренними процессами планет. Одним из интересных объектов для исследования является экзопланета TOI-270d, где были получены данные о взаимодействии между магматическим океаном и атмосферой. Также в поле зрения ученых находится планета K2-18b, которая привлекла внимание из-за возможности существования жизни.
Существуют вопросы о том, могут ли водные миры поддерживать жизнь. Долгие годы считалось, что обилие воды на суперземлях, то есть планетах с массой, в несколько раз превышающей массу Земли, может быть враждебным для жизни из-за экзотического льда, который препятствует обмену веществ. Однако новое исследование предполагает, что большинство воды на таких планетах не находится на поверхности, а заключено в ядре, что может создать условия, способствующие развитию жизни.