Чи планети з океанами поширені в галактиці? Схоже, що так

Кілька років тому планетолог Лінне Квік почала замислюватися, чи якась із понад 4000 відомих екзопланет, або планет поза нашою Сонячною системою, може нагадувати собою деякі водні місяці навколо Юпітера та Сатурна. Хоча деякі з цих місяців не мають атмосфери і вкриті льодом, вони все ще є одними з головних цілей у пошуках життя за межами Землі. Хорошими прикладами є місяць Сатурна Енцелад і місяць Юпітера Європа, класифіковані вченими як "океанічні світи".

Про це розповідають в НАСА.

"З Європи та Енцелада вивергаються струмені води, так що ми можемо сказати, що ці тіла мають підземні океани під їх крижаними оболонками, і у них є енергія, яка рухає ці струмені, що, як ми знаємо, є двома вимогами для життя", - говорить Квік, планетарний вчений НАСА, яка спеціалізується на вулканізмі та океанічних світах. "Тож, якщо ми думаємо про ці місця як ймовірно населені, можливо, їх більші версії в інших планетарних системах також населені".

Квік (з Центру космічних польотів НАСА імені Годдарда в Ґрінбелті, штат Меріленд) вирішила дослідити, чи існують -- гіпотетично -- планети, схожі на Європу та Енцелад в галактиці Чумацький Шлях. І чи могли вони також бути достатньо геологічно активними, щоб вистрілювати струмені крізь їхні поверхні, які можна було б виявити телескопами коли-небудь, одного дня.

Завдяки математичному аналізу кількох десятків екзопланет, включаючи планети в сусідній системі TRAPPIST-1, Квік та її колеги дізналися дещо важливе: більше чверті вивчених ними екзопланет могли б бути океанічними світами, більшість з яких, можливо, містять океани під шарами поверхневого льоду, подібно Європі та Енцеладу. Крім того, багато з цих планет можуть вивільнити більше енергії, ніж Європа та Енцелад.

Коли-небудь, одного дня, вчені зможуть перевірити передбачення Квік, вимірявши тепло, випромінюване екзопланетами, або виявивши вулканічне або кріовулканічне (рідина або пара замість розплавленої породи) виверження в довжинах хвиль світла, випромінюваного молекулами в атмосфері планет. Наразі вчені не можуть бачити екзопланети в деталях. На жаль, вони знаходяться занадто далеко і занадто заглушені світлом своїх зірок. Але, розглядаючи єдину доступну інформацію -- розміри, масу та відстань екзопланет до своїх зірок -- такі вчені, як Квік та її колеги, можуть скористатися математичними моделями та нашим розумінням Сонячної системи, щоб спробувати уявити умови, які можуть перетворити екзопланети у придатні для життя світи, або не придатні.

Хоча припущення, які йдуть у цих математичних моделях, є обгрунтованими, вони можуть допомогти вченим звузити список перспективних екзопланет для пошуку умов, сприятливих для життя, для того, щоб майбутній космічний телескоп Джеймса Вебба або інші космічні місії NASA могли виконувати послідуючі дії.

"Майбутні місії з пошуку ознак життя поза Сонячною системою зосереджені на планетах таких, як наша, які мають глобальну біосферу, настільки богату, що вона змінює хімію всієї атмосфери", - говорить Акі Робердж, астрофізик з Годдарда NASA, який співпрацював з Квік у проведенні цього аналізу. "Але в Сонячній системі льодяні місяці з океанами, які знаходяться далеко від тепла Сонця, все ж показали, що вони мають ті особливості, які, на нашу думку, необхідні для життя".

Для пошуку можливих океанічних світів, команда Квік вибрала 53 екзопланети з розмірами, найбільш подібними до Землі, хоча вони могли мати до восьми разів більшу масу. Вчені припускають, що планети такого розміру скоріш тверді, ніж газоподібні, і, таким чином, з більшою вірогідністю можуть підтримувати рідку воду на своїй поверхні, або ж під нею. З того моменту, коли Квік та її колеги розпочали своє дослідження у 2017 році, було виявлено щонайменше 30 планет, які відповідають цим параметрам, але вони не були включені до аналізу, який був опублікований 18 червня цього року в журналі "Публікації Астрономічного товариства Тихоокеанського регіону".

Ідентифікувавши планети розміром із Землю, Квік та її команда прагнули визначити, яку кількість енергії кожна з них може виробляти і вивільняти як тепло. Команда розглянула два первинних джерела тепла. Перше, радіогенне тепло, виробляється протягом мільярдів років повільним розпадом радіоактивних матеріалів у мантії та корі планети. Ця швидкість розпаду залежить від віку планети та маси її мантії. Ці зв′язки для планет земного розміру вже визначили інші вчені. Отже, Квік та її команда застосували коефіцієнт розпаду до свого списку з 53 планет, припускаючи, що кожна з них має той самий вік, що й її зірка, і що її мантія займає таку саму частину обсягу планети, що й мантія Землі.

Потім, дослідники обчислили тепло, яке виробляється чимось іншим: припливною силою, яка являє собою енергією, що утворюється від гравітаційного буксирування, коли один предмет рухається по орбіті навколо іншого. Планети на витягнутих, або еліптичних, орбітах зміщують відстань між собою та зірками у міру того, як обертаються навколо них. Це призводить до зміни сили тяжіння між двома об′єктами і змушує планету розтягуватися, тим самим генеруючи тепло. Врешті-решт, через поверхню тепло уходить в космос.

Один із шляхів виходу тепла -- через вулкани або кріовулкани. Інший -- через тектоніку, що є геологічним процесом, відповідальним за переміщення самого зовнішнього скелястого або льодяного шару планети чи місяця. Незалежно від того, яким способом вивільняється тепло, важливо знати, яку його частину планета випускає, оскільки це може як створити придатні для життя умови, так і порушити.

Наприклад, занадто сильна вулканічна активність може перетворити придатний для життя світ у розплавлений кошмар. Але й занадто мала активність може зупинити викид газів, що утворюють атмосферу, залишивши поверхню холодною та безплідною. Та що потрібна вулканічна активність підтримує планету придатною для життя та вологою, як Земля, або можливо життєпридатний місяць, як Європа.

У наступне десятиліття місія NASA "Europa Clipper" вивчить поверхню та підповерхневі шари Європи та надасть уявлення про навколишнє середовище під її поверхнею. Чим більше вчені зможуть дізнатися про Європу та інші потенційно заселені місяці нашої Сонячної системи, тим краще вони зможуть зрозуміти подібні світи навколо інших зірок - яких може бути багато, згідно з висновками Квік та команди вчених.

"Наступні місії дадуть нам шанс побачити, чи можуть океанічні місяці в нашій Сонячній системі підтримувати життя", - каже Квік, яка є членом наукової групи як в місії "Кліпер", так і в місії "Стрекоза" до місяця Сатурна Титана. "Якщо ми знайдемо хімічні підписи життя, ми зможемо спробувати шукати подібні ознаки на міжзоряних відстанях".

Коли буде запущено космічний телескоп Вебба, вчені намагатимуться виявити хімічні підписи в атмосфері деяких планет у системі TRAPPIST-1, що знаходиться за 39 світлових роках у сузір′ї Водолія. У 2017 році астрономи оголосили, що ця система має сім планет розміром із Землею. Дехто припустив, що деякі з цих планет можуть бути водними, а оцінки Квік підтримують цю ідею. Згідно з підрахунками її команди, TRAPPIST-1 e, f, g і h можуть бути океанічними світами, що ввело б їх до числа 14 океанічних світів, які вчені визначили в цьому дослідженні.

Дослідники передбачили, що на цих екзопланетах є океани, виходячи з температури поверхні кожної з них. Ця інформація визначається за кількістю зоряного випромінювання, яке кожна планета відбиває у космосі. Команда Квік також врахувала густину кожної планети та передбачувану кількість внутрішнього нагріву, яке вона виробляє порівняно із Землею.

"Якщо ми бачимо, що щільність планети нижча, ніж у Землі, це говорить про те, що там може бути більше води і не так багато каменю та заліза", - говорить Квік. І якщо температура планети дозволяє рідку воду, у вас є океанічний світ.

"Але якщо температура поверхні планети менше 0 градусів за Цельсієм, де вода замерзає, - говорить Квік, - тоді у нас льодяний океанський світ, і щільність для цих планет ще нижча".

Інші вчені, які брали участь у цьому аналізі разом із Квік та Роберджем, - Емі Барр Млінар з Інституту планетарних наук у Таксоні, штат Арізона, та Метью М. Хедман з Університету штату Айдахо у Москов.

Читайте ще цікаві новини про космос.