Новое исследование, проведённое учёными из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) в сотрудничестве с Институтом астрономии Общества Макса Планка и Калифорнийским университетом в Лос-Анджелесе, меняет представления о том, насколько водоносными могут быть экзопланеты. Исследователи пришли к выводу, что миры, подобные K2-18b — крупной экзопланете в 124 световых годах от Земли, — вероятно, не покрыты океанами, как считалось раньше.
Ранее астрономы предполагали, что подобные субнептуны — планеты размером больше Земли, но меньше Нептуна — могли формироваться за так называемой снеговой линией, где вода существует в виде льда. Считалось, что эти планеты накапливают значительные запасы воды, а их поверхности могут быть покрыты гигантскими океанами под плотной водородной атмосферой. Такие миры получили название «гисейские планеты» (от слов hydrogen и ocean), и долгое время рассматривались как потенциально обитаемые.
Однако новая работа ставит под сомнение этот оптимистичный сценарий. Исследовательская группа под руководством профессора Кэролайн Дорн применила усовершенствованную модель, учитывающую химическое взаимодействие между атмосферой и недрами планет — фактор, который ранее игнорировался. Как объясняет ведущий автор исследования Аарон Верлен, взаимодействие между водородной атмосферой и магматическим океаном на ранних стадиях эволюции планеты приводит к разрушению молекул воды. Водород и кислород связываются с металлами и силикатами в недрах, в результате чего значительная часть H₂O исчезает в глубинах планеты.
Учёные смоделировали эволюцию сотен гипотетических субнептунов, учитывая химическое равновесие 26 различных соединений. Результаты показали: химические процессы приводят к тому, что на поверхности остаётся лишь несколько процентов первоначального содержания воды. Таким образом, вероятность существования миров, где вода составляет 10–90% массы планеты, крайне мала.
«Мы видим, что планеты содержат гораздо меньше воды, чем они изначально накопили, — подчёркивает Верлен. — Количество H₂O, остающееся в жидкой форме, ограничено и составляет лишь малую долю от общего состава».
Эти выводы имеют серьёзные последствия для поиска внеземной жизни. Если раньше предполагалось, что водоносные миры встречаются часто, то теперь становится ясно: условия, подобные земным, вероятно, уникальны для сравнительно небольших планет. Это означает, что обнаружение потенциально обитаемых миров требует гораздо более чувствительных инструментов наблюдения, чем даже космический телескоп имени Джеймса Уэбба.
Интересно, что в свете новых данных Земля перестаёт выглядеть исключением. Кэролайн Дорн отмечает: «Наши расчёты показывают, что по запасам воды Земля — типичная планета. Возможно, она вовсе не так уникальна, как мы привыкли думать».
Не менее неожиданным стало и открытие, что планеты с наибольшим количеством водяного пара в атмосфере вовсе не те, которые сформировались за снеговой линией и накопили больше льда, а наоборот — те, что образовались ближе к своим звёздам. Здесь вода формировалась не из льда, а химическим путём: водород в атмосфере реагировал с кислородом из силикатов магматического океана, создавая новые молекулы H₂O.
Такой подход разрушает традиционные представления о связи между ледяным происхождением планет и богатством их атмосфер водой. Теперь становится ясно, что ключевую роль играет химическое равновесие между недрами и атмосферой. Эти результаты не только пересматривают теории формирования планет, но и задают новое направление для интерпретации атмосферных наблюдений в эпоху современных телескопов.
Современная астрономия делает всё более очевидным: наша планета, несмотря на всю свою кажущуюся исключительность, может быть не уникальной в своей структуре. Но в то же время именно это понимание делает Землю ещё более ценной — как пример того, что возможно в бескрайней Вселенной.