Вода – это не просто живительная сила на нашей планете, она является ключом к пониманию формирования и эволюции экзопланет. Новое исследование бросает вызов нашим представлениям о том, где именно эта жизненно важная субстанция распределяется в мире за пределами Солнечной системы.
Глубинные океаны вместо поверхностных
Мы привыкли думать о богатых водой планетах как о гигантских голубых мирах с обширными океанами на поверхности. Однако, согласно революционному исследованию ученых ETH Zurich, большая часть воды на суперземлях и субнептунах, планетах размером с Землю и более массивных, скрыта глубоко в их ядрах.
Профессор Кэролайн Дорн, возглавлявшая исследование, объясняет: “Большинство известных экзопланет – это горячие миры, расположенные близко к своим звездам. Их поверхности представляют собой расплавленные магматические океаны, еще не остывшие до образования твердой силикатной мантии, подобной нашей. Вода в этих условиях растворяется в магме куда лучше, чем, например, углекислый газ, который быстро испаряется и поднимается в атмосферу.”
Железное сердце планеты: не только металл, но и вода
Под этим расплавленным океаном скрывается железное ядро. Но как же распределяется вода между мантией из силикатной породы и этим металлическим сердцем? Ключ к этому кроется в процессе формирования ядра.
“В горячем магматическом бульоне железо первоначально содержится в виде капель,” – продолжает Дорн. “Вода, растворенная в этом бульоне, связывается с этими каплями и опускается вместе с ними вглубь, словно на них «плавает». Капли железа действуют как своеобразный подъемник, перенося воду вниз.”
Долгое время считалось, что это явление характерно только для умеренных давлений, свойственных Земле. Но новое исследование показало, что подобное поведение наблюдается и в условиях огромных внутренних давлений, царящих в сердце суперземель.
Чем больше планета, тем больше воды в ядре
Ученые обнаружили удивительную закономерность: чем массивнее планета, тем больше воды связывается с каплями железа и попадает в ее ядро. В некоторых случаях это количество может быть в 70 раз больше, чем растворяется в силикатной мантии!
Однако под невероятным давлением ядра вода не сохраняет свою привычную форму. Она распадается на водород и кислород, становясь частью металлического сердца планеты.
От Земли к звездам: переосмысление данных о воде
Это открытие имеет огромные последствия для астрономии. Ранее, не учитывая способность ядра поглощать воду, ученые недооценивали ее количество на экзопланетах в разы.
Астрономы используют данные о массе и радиусе планет, полученные с помощью телескопов, для построения диаграмм соотношения массы и радиуса. Эти диаграммы помогают им судить о составе планеты. Теперь же, зная о способности ядра поглощать воду, астрономы смогут более точно оценивать ее реальное содержание.
“Если раньше мы недооценивали объем воды на планете до десяти раз, то теперь можем говорить о том, что суперземли и субнептуны хранят в своих глубинах гораздо больше воды, чем предполагалось ранее,” – подчеркивает профессор Дорн.
Жизнь под слоем льда?
Распределение воды имеет решающее значение для поиска потенциально обитаемых планет. Вода, попавшая в ядро, там навсегда останется заключенной. Но вода, растворенная в магматическом океане мантии, может быть выброшена на поверхность во время охлаждения планеты.
“Если мы обнаруживаем воду в атмосфере экзопланеты, это означает, что ее внутренние резервуары, вероятно, еще богаче,” – поясняет Дорн.
Ранее считалось, что чрезмерное количество воды на суперземлях может быть губительным для жизни из-за образования слоев высокого давления экзотического льда, препятствующего обмену веществ между океаном и мантиями. Но новое исследование опровергает этот тезис.
Глубокие слои воды в ядре, скорее всего, являются редкостью. Это открывает новые горизонты для поиска пригодных для жизни миров. Суперземли с высоким содержанием воды, возможно, обладают потенциалом для создания условий, подобных земным, и могут стать новыми кандидатами в поиски внеземной жизни.
“Это исследование проливает новый свет на возможность существования богатых водой миров, способных поддерживать жизнь,” – заключают авторы исследования, опубликованного в журнале Nature Astronomy.
