Поиски жизни связаны с поиском жидкой воды. Вот почему астрономы так стремятся обнаружить каменистые, похожие на Землю экзопланеты в обитаемых зонах своих звезд. В обитаемой зоне планета получает от своей звезды достаточно энергии для поддержания жидкой воды на своей поверхности при подходящих атмосферных условиях.
Но в нашей Солнечной системе мы обнаружили миры с жидкой водой, находящиеся далеко за пределами обитаемой зоны. Можем ли мы сделать то же самое в других солнечных системах?
Один из способов найти подземный океан в ледяном мире — обнаружить шлейфы. Мы обнаружили ледяные шлейфы, извергающиеся с Энцелада и Европы, двух ледяных океанских лун нашей Солнечной системы. У нас нет возможности увидеть такие же шлейфы на далеких экзопланетах и определить, есть ли у них подо льдом океаны.
Но некоторые ученые НАСА полагают, что они, возможно, нашли другой способ определить, какие экзопланеты могут иметь внутренние океаны.
Несмотря на то, что нам известно более 5000 экзопланет, мы никогда не видели ни одну из них. Есть несколько прямых изображений экзопланет, но они представляют собой не более чем точки. Они интересны, но мы не можем многому у них научиться. Мы, конечно, не можем сказать, есть ли у них океаны.
Хотя мы на самом деле не можем видеть экзопланеты в обычном смысле этого слова, некоторые ученые-исследователи нашли способ, по крайней мере, определить, какие экзопланеты могут иметь внутренние океаны подо льдом. Существует огромное количество экзопланет, и этот тип работы помогает астрономам узнать, на каких экзопланетах следует сосредоточиться.
Эти результаты содержатся в статье, опубликованной в «Астрофизическом журнале» под названием «Перспективы криовулканической активности на планетах холодного океана». Ведущий автор — Линн Квик из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд.
В океанском мире с ледяной оболочкой приливное нагревание и радиоактивный распад элементов в ядре мира обеспечивают тепло, которое удерживает погребенный океан от замерзания. Иногда вода должна прорываться сквозь трещины в ледяных панцирях этих миров, создавая криовулканические шлейфы, подобные тем, что есть на Энцеладе и Европе. Хитрость заключается в том, чтобы выяснить, какие экзопланеты могут иметь океаны под ледяной оболочкой.
Исследовательская группа определила, что 17 известных экзопланет могут быть ледяными океанскими мирами. Они использовали оценки альбедо, основанные на данных Европы и Энцелада, для идентификации 17 экзопланет. Исследователи также рассчитали приливное нагревание на основе их орбит и оценили радиогенное нагревание от распада радиоактивных элементов, частично основываясь на элементном составе астероидов в нашей Солнечной системе.
Они также подсчитали интенсивность активности гейзеров на каждом из них.
«Наш анализ предсказывает, что эти 17 миров могут иметь поверхность, покрытую льдом, но получают достаточно внутреннего тепла от распада радиоактивных элементов и приливных сил от звезд-хозяев, чтобы поддерживать внутренние океаны», — сказал ведущий автор Квик. «Благодаря сильному внутреннему нагреву, который они испытывают, на всех планетах в нашем исследовании также могут наблюдаться криовулканические извержения в виде гейзероподобных шлейфов».
Две часто изучаемые экзопланеты возглавляют список криовулканизма: Проксима Центавра b и LHS 1140 b. Эта пара может иметь в сотни и тысячи раз большую криовулканическую активность, чем Европа. Три планеты TRAPPIST-1 также входят в число 17. Читатели, которые следят за новостями об экзопланетах, могут узнать и некоторые другие: Kepler-62f, Kepler-1652b и GJ-514b.
Все планеты в списке примерно размером с Землю, а их плотность позволяет предположить, что они не совсем каменистые. В каждом из них могло быть значительное количество льда и воды. Поскольку все они намного холоднее Земли, вполне вероятно, что их поверхности замерзли, как на Европе и Энцеладе.
Есть два способа, которыми эти планеты могут испытывать криовулканизм, и это зависит от толщины ледяных панцирей.
Эти океанские миры с замерзшей корой не статичны. Планеты с ледяной оболочкой, вероятно, получают почти все свое тепло из внутренних источников, поскольку большая часть звездного света будет отражаться. Приливный нагрев меняется по мере обращения планеты вокруг своей звезды, если только ее орбита не является идеально круглой.
На планете с более толстой ледяной коркой жидкая вода может проникать в ледяной панцирь, поскольку условия приливного нагрева меняются со временем, образуя карманы жидкой воды, содержащие летучие вещества. Иногда эти карманы воды могут прорваться через слабость ледяного панциря. На планетах с более тонкими оболочками вода может извергаться прямо из самого океана.
Толщина льда помогает определить степень криогенной активности, а исследователи определили вероятную толщину оболочек 17 экзопланет. Температура планеты определяет ее толщину, и исследователи установили, что температура поверхности планет в выборке была ниже, чем предполагалось, в некоторых случаях ниже на 33 градуса Цельсия (60 F).
Ледяная оболочка Проксимы B имеет толщину всего около 58 метров (190 футов), а толщина оболочки LHS-1140b — всего 1,6 км (1 миля). На другом конце шкалы находится MOA 2007 BLG 192Lb с толщиной корпуса около 38,6 км (24 мили). Для сравнения, толщина ледяного панциря Европы составляет около 29 км (18 миль). Что это говорит нам?
«Поскольку наши модели предсказывают, что океаны могут быть обнаружены относительно близко к поверхности Проксимы Центавра b и LHS 1140 b, а скорость их гейзерной активности может превышать европейскую в сотни или тысячи раз, телескопы, скорее всего, обнаружат геологическую активность на этих планетах. планеты», — объяснил ведущий автор Квик.
Когда дело доходит до Проксимы Центавра b, существует большая неопределенность. Единственное, что мы знаем наверняка, это то, что она прочно находится внутри того, что астрономы называют классической обитаемой зоной. Кроме того, мы не уверены, привязана ли она к своей звезде приливно-отливным приливом, хотя это вполне вероятно. Если это так, то это меняет все, что касается его температуры, атмосферы и состояния любой воды, в которой он мог бы удерживаться. На нем могут быть океаны всей планеты или только более мелкие изолированные водоемы. Оно могло быть частично или полностью замороженным, а подо льдом находился жидкий океан. Или это может быть вся суша.
Но если это новое исследование верно, то поиск пригодных для жизни планет имеет более жизнеспособную цель, гораздо более близкую к Земле, чем мы думали. На Земле обитают сообщества жизни в гидротермальных источниках в глубоких океанах, изолированных от солнечного света. Вполне вероятно, что то же самое может произойти и на ледяных океанских мирах.
«Все планеты, рассматриваемые в этом исследовании, достаточно велики и испытывают достаточное внутреннее нагревание, чтобы содержать подповерхностные океаны на различной глубине под внешними ледяными панцирями и на них могут происходить активные геологические процессы, в частности криовулканизм», — пишут авторы в своем заключении. «Если опыт изучения океанских миров в нашей Солнечной системе является каким-либо показателем, то тонкие ледяные оболочки, которые мы оценили для Проксимы Cen b, Trappist-1f и всех планет Кеплера в нашем исследовании, позволяют предположить, что любые продукты извержений выбрасывались в космос во время эпизодов. взрывной криовулканизм на этих мирах будет исходить непосредственно из их подземных океанов».
Это ставит эти миры в ту же категорию, что и Европу. И мы обнаружили каменные частицы, соли и органические химические вещества в шлейфах Европы. Если мы сможем обнаружить шлейфы на любой из этих планет, они будут содержать прямые доказательства состава их океанов.
Новые телескопы, которые скоро появятся в сети, смогут увидеть Проксиму Центавра b. Гигантский Магелланов телескоп будет запущен в эксплуатацию в ближайшие несколько лет и будет обладать разрешающей способностью, позволяющей легко увидеть печатные платы. «Угловое отделение ближайшей известной экзопланеты Проксимы b от Проксимы Центавра легко достижимо.
GMT с адаптивной оптикой», — говорится на сайте GMT. Вполне возможно, что мощный телескоп обнаружит любые криовулканические шлейфы, выходящие из океана.
Астрономия изменится, когда в ближайшие несколько лет в эксплуатацию выйдут GMT и другие наши новые, более мощные телескопы. И если GMT сможет измерить активность гейзеров на Проксиме Центавра b и обнаружит ее в больших количествах, поиск жизни тоже изменится.
Вместо того, чтобы сосредотачиваться на классической обитаемой зоне вокруг звезд, мы можем рассмотреть планеты, расположенные дальше, где под ледяными шапками могут существовать океаны, поддерживающие жизнь. Если астрономы смогут найти способ обнаружить больше шлейфов и измерить, что в них содержится, тогда поиск жизни сделает гигантский шаг вперед.
