Представьте планету, полностью покрытую водой глубиной в сотни километров. Под ледяной коркой — вечная тьма, давление в тысячи атмосфер. Может ли там существовать жизнь и как её найти?
Среди разнообразия экзопланет особый класс составляют гипотетические планеты-океаны или «водные миры». Они могут быть в 2-5 раз больше Земли и на 10-50% состоять из воды (Земля — лишь 0.02%). У таких планет, вероятно, нет привычных континентов, а есть лишь глобальный океан глубиной сотни километров под атмосферой или ледяной корой. Уникальные условия этих миров ставят вопрос: может ли жизнь зародиться и эволюционировать в вечной подлёдной темноте?
1. Как образуется планета-океан? Два сценария
- Миграция в «зону Златовласки»: Планета, богатая льдом (например, из внешней части системы), мигрирует ближе к звезде. Лед тает, образуя глобальный океан.
- Аккреция из богатого водой материала: Планета формируется непосредственно в зоне обитаемости из планетезималей, богатых водяным льдом (комет, астероидов). В результате она изначально обладает огромными запасами воды.
2. Структура: что под водой?
- Атмосфера: Плотная, насыщенная паром, возможно, с высоким содержанием водорода.
- Океан: Глубиной от десятков до сотен километров. Давление на дне может достигать гигапаскалей (в тысячи раз больше, чем на дне Марианской впадины).
- Ледяная кора: При низких температурах на поверхности может образоваться слой льда (лёд I, как на Земле, или экзотические фазы льда — лёд VI, VII при высоком давлении на дне).
- Дно: Вместо силикатной мантии — слой высокотемпературного льда (экзотические фазы, которые ведут себя как горячий пластичный камень) или даже контакт с силикатным ядром планеты.
3. Возможна ли жизнь в таком мире? Условия для биохимии
Для земноподобной жизни нужны: жидкая вода, источник энергии, биогенные элементы (C, H, N, O, P, S) и стабильность.
- Вода и элементы: В избытке. Элементы могли быть занесены кометами или присутствовать в недрах.
- Энергия:
• Свет: Не проникает под толстый лёд. Фотосинтез невозможен.
• Хемосинтез: Основная надежда. Гидротермальные источники на дне океана (у силикатного ядра) могли бы поставлять энергию (через окисление сероводорода, метана, водорода).
• Приливный нагрев: Если планета обращается вокруг звезды или газового гиганта на эксцентричной орбите, приливные силы могут разогревать недра, поддерживая геологическую активность и гидротермальную деятельность.
- Стабильность: Подледный океан защищён от космических угроз (вспышек звёзд, ударов астероидов) и может оставаться стабильным миллиарды лет.
4. Какая жизнь могла бы там возникнуть?
- Микробная жизнь у гидротермальных источников: Аналоги земных экосистем «чёрных курильщиков».
- Сложная жизнь: В условиях постоянной темноты и высокого давления могли бы развиться организмы, не нуждающиеся в зрении, но обладающие развитыми органами для эхолокации, чувствительности к вибрациям или электрическим полям. Пищевые цепочки основывались бы на хемосинтезе.
- Гигантизм: Высокое давление и низкие температуры могут способствовать крупным размерам, как у глубоководных существ Земли.
5. Как искать такие миры и жизнь в них?
Прямое обнаружение жизни пока невозможно, но можно искать признаки обитаемости:
- Атмосферные биомаркеры: С помощью телескопов (как «Джеймс Уэбб») анализировать спектр атмосферы планеты. Равновесие газов (O₂, O₃, CH₄, CO₂) может указывать на биологическую активность. Однако на планете-океане кислород может накапливаться абиогенно из-за фотолиза воды ультрафиолетом звезды.
- Признаки геологической активности: Наличие вулканических газов (SO₂) в атмосфере могло бы указывать на гидротермальную активность на дне океана.
- Аномалии альбедо: Гладкая ледяная поверхность будет иметь высокое альбедо (отражательную способность). Трещины во льду или области открытой воды (если лёд тонкий) можно попытаться обнаружить по изменению блеска.
6. Известные кандидаты: возможные водные миры
- GJ 1214 b: Суперземля с плотностью, указывающей на то, что она может состоять в значительной степени из воды. Её атмосфера, вероятно, богата паром.
- Kepler-138 c и d: Пару экзопланет, чьи плотности совместимы с тем, что они могут быть мирами-океанами.
- Система TRAPPIST-1: Некоторые из её планет, находясь в зоне обитаемости, могут иметь значительное количество воды.
7. Философский смысл: уникальна ли Земля?
Планеты-океаны расширяют понятие обитаемой зоны. Жизнь может быть возможна не только на планетах земного типа с континентами, но и в глобальных подлёдных океанах, что увеличивает количество потенциально обитаемых миров в Галактике.
Они также напоминают, что жизнь на Земле, основанная на фотосинтезе и наземных экосистемах, — лишь один из возможных вариантов. Основная биосфера планеты-океана могла бы никогда не узнать о существовании звёзд и неба.
Что в сухом остатке?
Планета-океан — это символ скрытой, внутренней жизни. Она предлагает альтернативный путь эволюции биосферы — не на поверхности под солнцем, а в глубине, в вечной тьме, подпитываемой теплом планеты.
Изучение таких миров — это взгляд в возможное будущее человечества: если мы когда-нибудь найдём жизнь в океане Европы или Энцелада, мы поймём, что планеты-океаны могут быть одними из самых распространённых обителей жизни во Вселенной. А пока они остаются одними из самых загадочных и прекрасных объектов нашего воображения, напоминая, что жизнь может принимать формы, далёкие от наших земных представлений.