Распространены ли планеты с океанами в галактике? Похоже, что так

Несколько лет назад планетолог Линн Квик начала задумываться, может ли какая-то из более 4000 известных экзопланет, или планет вне нашей Солнечной системы, напоминать собой некоторые водные луны вокруг Юпитера и Сатурна. Хотя некоторые из этих лун не имеют атмосферы и покрыты льдом, они все еще являются одними из главных целей в поисках жизни за пределами Земли. Хорошими примерами являются луна Сатурна Энцелад и луна Юпитера Европа, классифицированные учеными как "океанические миры".

Об этом рассказывают в НАСА.

"Из Европы и Энцелада извергаются струи воды, так что мы можем сказать, что эти тела имеют подземные океаны под их ледяными оболочками, и у них есть энергия, которая движет этими струями, что, как мы знаем, является двумя требованиями для жизни", - говорит Квик, планетарный ученый НАСА, которая специализируется на вулканизме и океанических мирах. "Поэтому, если мы думаем об этих местах как вероятно обитаемых, возможно, их большие версии в других планетарных системах также обитаемы".

Квик (из Центра космических полетов НАСА имени Годдарда в Гринбелт, штат Мэриленд) решила исследовать, существуют ли -- гипотетически -- планеты, похожие на Европу и Энцелад в галактике Млечный Путь. И могли ли они также быть достаточно геологически активными, чтобы выстреливать струи через их поверхности, которые можно было бы выявить телескопами когда-нибудь, одного дня.

Благодаря математическому анализу нескольких десятков экзопланет, включая планеты в соседней системе TRAPPIST-1, Квик и ее коллеги узнали кое-что важное: более четверти изученных ими экзопланет могли бы быть океаническими мирами, большинство из которых, возможно, содержат океаны под слоями поверхностного льда, подобно Европе и Энцеладу. Кроме того, многие из этих планет могут высвободить больше энергии, чем Европа и Энцелад.

Когда-нибудь, одного дня, ученые смогут проверить предсказания Квик, измерив тепло, излучаемое экзопланетами, или обнаружив вулканические или криовулканические (жидкость или пар вместо расплавленной породы) извержения в длинах волн света, излучаемого молекулами в атмосфере планет. Сейчас ученые не могут видеть экзопланеты в деталях. К сожалению, они находятся слишком далеко и слишком заглушены светом своих звезд. Но, рассматривая единую доступную информацию -- размеры, массу и расстояние экзопланет к своим звездам -- ​​такие ученые, как Квик и ее коллеги, могут воспользоваться математическими моделями и нашим пониманием Солнечной системы, чтобы попытаться представить условия, которые могут превратить экзопланеты в пригодные для жизни мира, или не пригодные.

Хотя предположения, которые идут в этих математических моделях, являются обоснованными догадками, они могут помочь ученым сузить список перспективных экзопланет для поиска условий, благоприятных для жизни, для того, чтобы будущий космический телескоп Джеймса Вебба или другие космические миссии NASA могли выполнить последующие действия.

"Будущие миссии по поиску признаков жизни вне Солнечной системы сосредоточены на планетах таких, как наша, которые имеют глобальную биосферу, настолько богатую, что она меняет химию всей атмосферы", - говорит Аки Робердж, астрофизик из Годдарда NASA, сотрудничал с Квик в проведении этого анализа. "Но в Солнечной системе ледяные луны с океанами, которые находятся далеко от тепла Солнца, все же показали, что они имеют те особенности, которые, по нашему мнению, необходимы для жизни".

Для поиска возможных океанических миров, команда Квик выбрала 53 экзопланеты с размерами, наиболее подобными Земле, хотя они могли иметь до восьми раз большую массу. Ученые предполагают, что планеты такого размера скорее твердые, чем газообразные, и, таким образом, с большей вероятностью могут поддерживать жидкую воду на своей поверхности, или же под ней. С того момента, когда Квик и ее коллеги начали свое исследование в 2017 году, было выявлено не менее 30 планет, которые соответствуют этим параметрам, но они не были включены в анализ, который был опубликован 18 июня этого года в журнале "Публикации Астрономического общества Тихоокеанского региона ".

Идентифицировав планеты размером с Землю, Квик и ее команда стремились определить, какое количество энергии каждая из них может производить и высвобождать как тепло. Команда рассмотрела два первичных источника тепла. Первое, радиогенное тепло, производится в течение миллиардов лет медленным распадом радиоактивных материалов в мантии и коре планеты. Эта скорость распада зависит от возраста планеты и массы ее мантии. Эти связи для планет земного размера уже определили другие ученые. Итак, Квик и ее команда применили коэффициент распада к своему списку из 53 планет, предполагая, что каждая из них имеет тот же возраст, что и ее звезда, и ее мантия занимает такую ​​же часть объема планеты, и мантия Земли.

Затем, исследователи вычислили тепло, производимое кое-чем другим: приточной силой, которая представляет собой энергию, образующуюся от гравитационной буксировки, когда один предмет движется по орбите вокруг другого. Планеты на вытянутых или эллиптических, орбитах смещают расстояние между собой и звездами по мере того, как вращаются вокруг них. Это приводит к изменению силы притяжения между двумя объектами и заставляет планету растягиваться, тем самым генерируя тепло. В конце концов, через поверхность тепло уходит в космос.

Один из путей выхода тепла -- через вулканы или криовулканы. Другой -- через тектонику, которая является геологическим процессом, ответственным за перемещение самого внешнего скалистого или ледяного слоя планеты или луны. Независимо от того, каким способом высвобождается тепло, важно знать, какую его часть планета выпускает, это может как создать пригодные для жизни условия, так и нарушить.

Например, слишком сильная вулканическая активность может превратить пригодный для жизни мир в расплавленный кошмар. Но и слишком малая активность может остановить выброс газов, образующих атмосферу, оставив поверхность холодной и бесплодной. Та, что нужна вулканическая активность поддерживает планету пригодной для жизни и влажной, как Земля, или возможно жизнепригодную луну, как Европа.

В следующее десятилетие миссия NASA "Europa Clipper" изучит поверхность и подповерхностные слои Европы и даст представление об окружающей среде под ее поверхностью. Чем больше ученые смогут узнать о Европе и других потенциально обитаемых лунах нашей Солнечной системы, тем лучше они смогут понять подобные миры вокруг других звезд - которых может быть много, согласно выводам Квик и команды ученых.

"Следующие миссии дадут нам шанс увидеть, могут ли океанические луны в нашей Солнечной системе поддерживать жизнь", - говорит Квик, которая является членом научной группы как в миссии "Клипер", так и в миссии "Стрекоза" к луне Сатурна Титану. "Если мы найдем химические подписи жизни, мы сможем попробовать искать подобные признаки на межзвездных расстояниях".

Когда будет запущен космический телескоп Вебба, ученые попытаются выявить химические подписи в атмосфере некоторых планет в системе TRAPPIST-1, которая находится в 39 световых годах в созвездии Водолея. В 2017 году астрономы объявили, что эта система имеет семь планет размером с Землю. Некоторые предположил, что отдельные из этих планет могут быть водными, а оценки Квик поддерживают эту идею. Согласно подсчетам ее команды, TRAPPIST-1 e, f, g и h могут быть океаническими мирами, что ввело бы их в число 14 океанических миров, которые ученые определили в этом исследовании.

Исследователи предположили, что на этих экзопланетах есть океаны, исходя из температуры поверхности каждой из них. Эта информация определяется по количеству звездного излучения, которое каждая планета отражает в космос. Команда Квик также учла плотность каждой планеты и предполагаемое количество внутреннего нагрева, которое она производит по сравнению с Землей.

"Если мы видим, что плотность планеты ниже, чем у Земли, это говорит о том, что там может быть больше воды и не так много камня и железа", - говорит Квик. И если температура планеты позволяет жидкую воду, у вас есть океанический мир.

"Но если температура поверхности планеты меньше 0 градусов по Цельсию, где вода замерзает, - говорит Квик, - тогда у нас ледяной океанический мир, и плотность для этих планет еще ниже".

Другие ученые, принимавшие участие в этом анализе вместе с Квик и Роберджем, - Эми Барр Млинар из Института планетарных наук в Таксоне, штат Аризона, и Мэтью М. Хедман из Университета штата Айдахо в Москоу.

Читайте еще интересные новости о космосе.