С тех пор, как в 1992 году была подтверждена первая экзопланета, астрономы обнаружили тысячи миров за пределами нашей Солнечной системы. Поскольку все больше и больше открытий происходит постоянно, центр исследований экзопланет начал медленно смещаться от открытия экзопланет к характеристике экзопланет. По сути, ученые сейчас пытаются определить состав экзопланет, чтобы определить, могут ли они поддерживать жизнь.
Ключевой частью этого процесса является выяснение того, сколько воды существует на экзопланетах, что важно для жизни, какой мы ее знаем. Во время недавней научной конференции группа ученых представила новое исследование, которое показывает, что вода, вероятно, будет основным компонентом тех экзопланет, которые в два-четыре раза больше Земли. Эти выводы будут иметь серьезные последствия, когда речь заходит о поиске жизни за пределами нашей Солнечной системы.
Исследование было предметом презентации под названием «Интерпретация модели роста распределения планет по размерам», которая состоялась на конференции Goldschmidt в 2018 году в Бостоне. Во время сессии под названием «Роль экстремального выброса в атмосферу из горячих экзопланет» команда представила результаты, которые показали, что водные миры могут быть более распространенными, чем считалось ранее.
Эти выводы были основаны на данных из Космический телескоп Kepler а также Gaia миссии, которые были проанализированы международной группой ученых во главе с доктором Ли Цзэном - исследователем из Отделения наук о Земле и планет Гарвардского университета. Как они указали, Kepler Миссия точно измерила радиусы более 4000 кандидатов в экзопланеты, а также их орбитальные периоды и другие параметры.
Эти кандидаты в экзопланеты могут быть разделены на две размерные категории: те, которые имеют 1,5-кратный радиус Земли, и те, которые в среднем около 2,5 радиусов Земли. В сочетании с массой и недавними измерениями радиуса из Gaia миссия, команда смогла разработать модель внутренней структуры этих планет. Принимая во внимание, что планеты, которые попадают в первую категорию, считаются скалистыми, последние, как обычно полагают, варьируются от супер-Земли до газовых гигантов размером с Нептун.
Тем не менее, согласно модели, разработанной Ли и его коллегами, многие из подтвержденных экзопланет, размеры которых в два-четыре раза превышают размеры Земли, на самом деле могут быть водными мирами. На этих планетах примерно 50% массы состоит из воды, тогда как вода составляет всего 0,2% массы Земли. Как доктор Зенг объяснил в ходе презентации:
«Для меня было огромным сюрпризом осознать, что должно быть так много водных миров ... Мы рассмотрели, как масса связана с радиусом, и разработали модель, которая могла бы объяснить взаимосвязь. Модель указывает, что те экзопланеты, которые имеют радиус около х1,5 радиуса Земли, как правило, являются каменистыми планетами (обычно х5 массы Земли), в то время как те, у которых радиус х2,5 радиуса Земли (с массой около х10 Земли), вероятно, водные миры ».
Однако, когда кто-то рассматривает орбитальные характеристики этих планет (то есть, насколько близко они вращаются к своим соответствующим звездам), появляется очень интересная картина. Как объяснил Ли, эти «водные миры» - это не столько каменистые планеты, которые покрыты глубокими океанами, но совершенно новый тип планет, которым нет аналога в Солнечной системе.
«Это вода, но ее не так часто встречают на Земле. Ожидается, что температура их поверхности будет в диапазоне от 200 до 500 градусов Цельсия », - сказал он. «Их поверхность может быть окутана атмосферой с преобладанием водяного пара, а под ней находится слой жидкой воды. Продвигаясь глубже, можно ожидать, что эта вода превращается во льды высокого давления, прежде чем мы достигнем твердого скалистого ядра. Прелесть модели в том, что она объясняет, как композиция соотносится с известными фактами об этих планетах ».
Возможно, еще более удивительным было то, насколько обычны эти планеты. Согласно их исследованию, Ли и его коллеги указали, что около 35% всех известных экзопланет, которые больше Земли, должны быть богатыми водой. Более того, они выдвигают гипотезу о том, что они, вероятно, сформировались таким же образом, как, как полагают, образовались ядра газовых гигантов - скалистое ядро, окруженное слоями летучего материала, спрессованного под давлением.
Естественно, это открытие имеет значительные последствия для поиска жизни за пределами нашей Солнечной системы. До сих пор идея о том, что вода необходима для жизни, поскольку мы знаем, что это было предрешено ученым. Но если это исследование верное, то кажется, что вода на экзопланетах намного больше, чем раньше, и может стать препятствием для жизни, как мы ее знаем.
Если действительно водные миры состоят из горячих, насыщенных паром атмосфер и плотных слоев льда, расположенных ближе к их ядрам, то жизни в этих мирах будет трудно возникнуть. В основном, экстремальная жара и отсутствие доступа к достаточному количеству солнечного света, гидротермальной активности и массы земли создают довольно враждебную среду. Тем не менее, исследование предлагает некоторые интригующие возможности, когда речь идет о характеристике экзопланет и о том, что там.
Заглядывая в будущее, Ли и его коллеги надеются, что недавно запущенный Транзитный спутник Exoplanet Survey (TESS) найдет еще много этих водных миров. Затем за этим последуют наземные телескопы - и скоро будет запущен Космический телескоп Джеймса Вебба (JWST) - который обеспечит спектроскопические измерения, которые помогут ученым охарактеризовать состав этих планет и их атмосферу.
Профессор Сара Сигер, профессор планетных наук в Массачусетском технологическом институте (MIT) и заместитель научного директора миссии TESS, сказала:
«Удивительно думать, что загадочные экзопланеты среднего размера могут быть водными мирами с огромным количеством воды. Надеемся, что наблюдения за атмосферой в будущем - атмосферы густого пара - могут подтвердить или опровергнуть новые результаты ».
В то же время, есть еще много каменистых миров, которые можно исследовать на предмет признаков жизни!
