Вода на экзопланетах сама производится из камня? Учёные не верят своим глазам — но это так

Исследование, опубликованное в журнале Nature, открыло новую веху в понимании происхождения воды на экзопланетах. Учёные обнаружили, что планеты, находящиеся на близком расстоянии от своих звёзд, могут не только содержать воду, но и производить её. Это открытие может радикально изменить подход астрономов к поиску планет, пригодных для жизни.

Загадка экзопланет с водой

Существует несколько гипотез относительно того, как планеты могут получить воду. Одним из возможных источников являются ледяные кометы или астероиды, которые могут ударить в планету, принося с собой воду. Также планеты, расположенные далеко от своих звёзд, могут иметь воду в виде льда. Однако загадкой для учёных стали экзопланеты, которые находятся очень близко к своим горячим родным звёздам, но при этом как будто содержат значительные запасы воды.

Ранее астрономы не могли объяснить, как такие экзопланеты, подверженные высокой солнечной радиации, могут сохранять воду. Но новые лабораторные эксперименты открыли простое и элегантное объяснение.

Поршневой механизм: как экзопланеты производят воду

Группа учёных, использовавших алмазные наковальни и импульсные лазеры, смогла воссоздать условия, существующие на границе водородной атмосферы экзопланеты и её расплавленного каменистого ядра. Эксперименты показали, что вода может образовываться из минералов, находящихся в водородной атмосфере, при высоком давлении и температуре.

Это открытие имеет огромный потенциал: геологический механизм может быть достаточно активным, чтобы на протяжении миллиардов лет производить воду, поддерживая океаны на планетах, находящихся на близких орбитах вокруг своих звёзд.

Применение на экзопланетах

Особое значение эти открытия имеют для так называемых субнептунов - экзопланет с диаметром в два-четыре раза больше Земли. Эти планеты обладают плотной водородной или водной атмосферой, окружая каменно-металлические ядра. Считается, что такие планеты могут быть гораздо более распространёнными, чем считалось раньше.

"Субнептуны — самые распространённые объекты, которые мы находим среди известных экзопланет. Именно поэтому мы хотим понять, сколько из них могут быть богаты водой", — говорит Пол Бирн, планетолог из Вашингтонского университета в Сент-Луисе.

Так называемые водянистые субнептуны, находящиеся вдали от своей звезды, могут быть объяснены тем, что они образовались в холодных областях звёздной системы, где вода могла быть в виде льда. Однако для субнептунов, которые вращаются очень близко к своим звёздам, этот сценарий не подходит. Проблему решает новое объяснение: они могут производить воду сами.

Механизм производства воды

Минералы в каменистых ядрах субнептунов содержат кислород, который может реагировать с водородом, присутствующим в их атмосфере. Однако эта реакция обычно не происходит без высоких температур и давления, таких как те, что существуют в расплавленных каменных недрах планеты.

Если ядро субнептуна расплавлено, а его внутренности находятся под воздействием плотной водородной атмосферы, похожей на гигантское одеяло, весь кислород из расплавленных минералов может легко реагировать с водородом, образуя воду.

"Если снаружи есть огромная водородная оболочка, то всё, что находится внутри, вероятно, находится в жидком состоянии", — говорит геохимик-экспериментатор из Калифорнийского университета в Санта-Крузе Квентин Уильямс.

Сравнение: традиционные и новые гипотезы

Советы шаг за шагом: как исследуют экзопланеты

1. Исследование состава атмосферы. Учёные анализируют, какие газы содержатся в атмосфере экзопланет, чтобы понять, могут ли они поддерживать воду.
2. Изучение данных о недрах планеты. Расчёты и лабораторные эксперименты помогают выяснить, как минералы в ядре планеты могут взаимодействовать с атмосферным водородом.
3. Применение моделей для предсказания условий. С помощью моделей астрономы могут предсказать, где можно найти планеты с высоким содержанием воды, подходящие для дальнейших исследований.
4. Использование данных с телескопов. Современные телескопы и спутники анализируют свет, проходящий через атмосферу экзопланеты, чтобы выявить её состав и условия для воды.

Ошибка → Последствие → Альтернатива

Ошибка: не учитывать возможный механизм самопроизводства воды на экзопланетах.
Последствие: недооценка потенциальных условий для жизни на близких планетах.
Альтернатива: использовать новые исследования для корректировки поиска планет, пригодных для жизни.

Ошибка: игнорировать влияние температуры и давления на химические реакции.
Последствие: неправильное понимание условий, при которых возможно существование воды.
Альтернатива: учитывать эти факторы при моделировании экзопланет.

Ошибка: полагать, что вода на экзопланетах — это всегда результат внешнего воздействия.
Последствие: упущенные возможности для поиска новых источников воды в условиях высокой температуры и давления.
Альтернатива: исследовать внутренние процессы планет и их способность к самопроизводству воды.

А что если экзопланеты действительно могут быть водяными фабриками?

Если гипотеза подтвердится, экзопланеты, обладающие возможностью производить воду, станут гораздо более подходящими кандидатами для поиска жизни. Эти планеты могут стать "водяными двигателями", постоянно генерируя океаны и поддерживая стабильные экосистемы на своих поверхностях.

Плюсы и минусы этой теории

FAQ

Какие планеты могут производить воду?
Экзопланеты, особенно субнептуны, с высокими температурами и водородной атмосферой.

Что делать, чтобы изучить такие планеты?
Астрономы используют спектроскопию и модели для анализа атмосферы и недр планет, чтобы предсказать их способности к самопроизводству воды.

Каковы практические применения этого открытия?
Новая теория поможет астрономам точно находить планеты с водой, что может быть важным для поисков жизни.

Мифы и правда

Миф: вода на экзопланетах всегда поступает с внешними объектами, такими, как кометы.
Правда: новые исследования показывают, что планеты могут производить воду самостоятельно через химические реакции в своих ядрах.

Миф: экзопланеты с водой могут существовать только далеко от своих звёзд.
Правда: новые данные показывают, что даже планеты, вращающиеся близко к звёздам, могут поддерживать воду, благодаря внутреннему производству.

Миф: вода на экзопланетах не может существовать при высоких температурах.
Правда: при правильных условиях (высокое давление и температура) вода может быть образована внутри планеты, несмотря на её близость к звезде.

3 интересных факта

1. Субнептуны — самые распространённые экзопланеты среди найденных учеными, и многие из них могут иметь воду.
2. Эксперименты с алмазными наковальнями и лазерами помогают учёным воссоздавать условия, которые невозможно воспроизвести на Земле.
3. Некоторые из субнептунов могут стать перспективными объектами для поиска жизни, если их океаны окажутся пригодными для существования биологических процессов.

Исторический контекст

Идеи о возможном существовании воды на других планетах возникли ещё в XX веке, но только с развитием телескопов и технологий астрономы начали получать реальные доказательства. Эта гипотеза о самопроизводстве воды открывает новые горизонты в поиске жизни в космосе и поднимает вопросы о будущем освоении планетарных ресурсов.