Когда вы идёте по газону или улице, вы передвигаетесь по поверхности удивительно многослойного мира. Некоторые из этих слоёв — это камни, другие — расплавленные. Удивительно, но в эти слои также примешана вода. Оказывается, большинство планет имеют гораздо больше воды "глубоко внутри", чем мы думали.
Большая часть воды планеты находится не на поверхности, хотя мы видим океаны, озёра и реки здесь, на Земле. Сердце нашей планеты — железо, покрытое слоями силикатных пород. Долгое время учёные использовали состав нашей планеты как своего рода "модель" для скалистых экзопланет вокруг других звёзд. Но эта модель может быть устаревшей и слишком упрощённой, по словам профессора Каролин Дорн из ETH Zurich. "Лишь в последние годы мы начали понимать, что планеты сложнее, чем мы думали", — сказала она. Дорн сотрудничала с Хайянгом Ло и Джие Денгом из Принстонского университета, чтобы понять распределение воды, смешанной с силикатами и железом внутри планеты. Они использовали компьютерное моделиро
Когда вы идёте по газону или улице, вы передвигаетесь по поверхности удивительно многослойного мира. Некоторые из этих слоёв — это камни, другие — расплавленные. Удивительно, но в эти слои также примешана вода. Оказывается, большинство планет имеют гораздо больше воды "глубоко внутри", чем мы думали.
Большая часть воды планеты находится не на поверхности, хотя мы видим океаны, озёра и реки здесь, на Земле. Сердце нашей планеты — железо, покрытое слоями силикатных пород. Долгое время учёные использовали состав нашей планеты как своего рода "модель" для скалистых экзопланет вокруг других звёзд. Но эта модель может быть устаревшей и слишком упрощённой, по словам профессора Каролин Дорн из ETH Zurich. "Лишь в последние годы мы начали понимать, что планеты сложнее, чем мы думали", — сказала она. Дорн сотрудничала с Хайянгом Ло и Джие Денгом из Принстонского университета, чтобы понять распределение воды, смешанной с силикатами и железом внутри планеты. Они использовали компьютерное моделирование, чтобы создать надёжную модель распределения воды на экзопланетах.
Недавние исследования содержания воды на Земле побудили команду к работе. Оказалось, что наши океаны содержат лишь небольшую часть общего запаса воды. В недрах может скрываться эквивалент 80% поверхностных океанов. Это подняло большой вопрос: могут ли другие планеты иметь подобные скрытые резервуары?
Планеты и вода
Чтобы ответить на этот вопрос, команда учёных смоделировала, как вода ведёт себя в условиях, существующих при формировании планет. Многие известные экзопланеты вращаются близко к своим звёздам, что означает, что они, вероятно, являются горячими мирами. Вероятно, у них есть океаны расплавленной магмы, которые ещё не затвердели, чтобы образовать силикатную кору.
Такого рода смешивание железа и воды происходило в условиях умеренного давления в недрах Земли. Большие планеты с более высоким внутренним давлением представляли собой вызов для понимания. Оказалось, что они также смешивают воду и железо. "Чем больше планета и чем больше её масса, тем больше воды склонна уходить вместе с каплями железа и интегрироваться в ядро", — сказала Дорн. "В некоторых случаях железо может поглощать в 70 раз больше воды, чем силикаты. Однако из-за огромного давления в ядре вода больше не принимает форму молекул H2O, а присутствует в виде водорода и кислорода".
Развивающиеся планеты с течением времени
Этот результат имеет большое значение, если вы хотите понять, как образуются и развиваются планеты. Это потому, что вода никогда не покидает ядро планеты. Однако в подходящих условиях вода, смешанная с океаном магмы, может "дегазироваться" при определённых условиях. По сути, она отделяется и поднимается на поверхность, когда магма охлаждается и образует мантию. "Поэтому, если мы обнаружим воду в атмосфере планеты, то, вероятно, в её недрах её гораздо больше", — объяснила Дорн.
Это даёт много новой информации, которую могут использовать ученые при поиске планет вокруг других звезд и поиске обитаемых миров. В частности, астрономы, использующие JWST, могут отслеживать типы молекул в атмосферах экзопланет и использовать эту информацию для поиска обитаемых миров. "Только состав верхней атмосферы экзопланет можно измерить непосредственно", - сказала Дорн. "Наша группа стремится установить связь между атмосферой и внутренними глубинами небесных тел".
В настоящее время команда изучает экзопланету TOI-270d. "Там были собраны доказательства фактического существования такого взаимодействия между магматическим океаном в ее недрах и атмосферой", - сказала Дорн. Это на вершине ее списка интересных объектов для более пристального изучения на предмет наличия воды, наряду с другим объектом, называемым K2-18b. Похоже, что он также является многообещающим кандидатом на обитаемость.
Итак, означает ли глубокая вода наличие жизни или обитаемость?
Поскольку вода важна в поисках миров, несущих жизнь, следующим шагом в поиске жизни является поиск влажных планет земного типа и суперземель. Команда Дорн обнаружила, что планеты с этими глубокими водными слоями, скорее всего, довольно редки. Это потому, что большая часть их воды не находится на поверхности. Другими словами, они могут быть не океаническими мирами, а местами с водой, запертой в их ядрах.
Это не так уж плохо. Научная группа предполагает, что даже планеты с относительно высоким содержанием воды могут иметь потенциал для развития земных обитаемых условий. Команда Дорн может дать ученым новые способы поиска миров, богатых водой.