Когда вы идете по лужайке или по улице, вы движетесь по поверхности удивительно слоистого мира. Некоторые из этих слоев — это камень, другие — расплавленные. Удивительное количество воды также смешано с этими слоями. Оказывается, что у большинства планет ее больше «в глубине», чем мы себе представляли.
Большая часть воды планеты находится не на поверхности, хотя мы видим океаны, озера и реки здесь, на Земле. Сердце нашей планеты — железо, покрытое слоями силикатных пород. Ученые долгое время использовали состав нашей планеты как своего рода «модель» для каменистых экзопланет вокруг других звезд. По словам профессора Кэролайн Дорн из ETH Zurich, эта модель может быть устаревшей и слишком упрощенной. «Только в последние годы мы начали понимать, что планеты сложнее, чем мы думали», — сказала она. Дорн сотрудничала с Хайяном Ло и Цзе Дэном из Принстонского университета, чтобы понять распределение воды, смешанной с силикатами и железом, внутри планеты. Они использовали компьютерное моделирование, чтобы разработать надежную модель распределения воды на экзопланетах.
Недавние исследования содержания воды на Земле дали толчок работе команды. Оказалось, что наши океаны содержат лишь малую часть общего водного бюджета. Внутренние слои могут скрывать эквивалент 80% поверхностных океанов. Это подняло большой вопрос: могут ли другие планеты иметь подобные скрытые резервуары?
Планеты и вода
Чтобы ответить на этот вопрос, научная группа смоделировала поведение воды в условиях, существующих на молодых планетах. Многие известные экзопланеты вращаются близко к своим звездам, что означает, что они, вероятно, являются горячими мирами. Вероятно, на них есть океаны расплавленной магмы, которая еще не затвердела, чтобы сформировать мантии из силикатных пород.
«Как оказалось, вода очень хорошо растворяется в этих магматических океанах. Железному ядру нужно время, чтобы развиться», — сказала она. «Большая часть железа изначально содержится в горячем магматическом супе в виде капель», — объяснила она, отметив, что вода, изолированная в этом супе, соединяется с капельками железа и опускается вместе с ними в ядро. «Капельки железа ведут себя как лифт, который переносится вниз водой», — сказала Дорн.
Такое смешивание железа и воды произошло в среде умеренного давления внутри Земли. Более крупные планеты с более высоким внутренним давлением представляли собой сложную задачу для понимания. Оказывается, они также смешивают воду и железо. «Чем больше планета и чем больше ее масса, тем больше вода стремится уйти с капельками железа и интегрироваться в ядро», — сказал Дорн. «При определенных обстоятельствах железо может поглощать до 70 раз больше воды, чем силикаты. Однако из-за огромного давления в ядре вода больше не принимает форму H2молекулы O, но присутствует в водороде и кислороде».
Эволюция планет с течением времени
Этот результат имеет большое значение, если вы хотите понять, как формируются и развиваются планеты. Это потому, что вода никогда не покидает ядро планеты. Однако при правильных условиях вода, смешанная с магматическим океаном, может «дегазироваться» при правильных условиях. По сути, она отделяется и поднимается на поверхность, когда магма остывает и образует мантию. «Поэтому, если мы находим воду в атмосфере планеты, то, вероятно, ее гораздо больше внутри», — объяснил Дорн.
Это дает много новой информации для использования учеными, которые ищут планеты вокруг других звезд и ищут пригодные для жизни миры. В частности, астрономы, использующие JWST, могут отслеживать типы молекул в атмосферах экзопланет и использовать эту информацию для поиска пригодных для жизни миров. «Только состав верхней атмосферы экзопланет можно измерить напрямую», — сказал Дорн. «Наша группа хочет установить связь между атмосферой и внутренними глубинами небесных тел».
В настоящее время команда изучает экзопланету TOI-270d. «Там были собраны доказательства реального существования таких взаимодействий между океаном магмы в ее недрах и атмосферой», — сказала Дорн. Она находится на вершине ее списка интересных объектов для более тщательного изучения на наличие воды, наряду с другим объектом под названием K2-18b. Она также кажется многообещающим кандидатом на обитаемость.
Итак, подразумевает ли глубокая вода наличие жизни или пригодности для обитания?
Поскольку вода важна для поиска миров, на которых есть жизнь, следующим шагом в поиске жизни является поиск влажных миров типа Земли и суперземли. Команда Дорна обнаружила, что планеты с такими глубокими водными слоями, скорее всего, будут довольно редкими. Это связано с тем, что большая часть их воды находится не на поверхности. Другими словами, это могут быть не океанические миры, а места с водой, запертой в их ядрах.
Не все так плохо. Научная группа предполагает, что даже планеты с относительно высоким содержанием воды могут иметь потенциал для развития условий, подобных земным, пригодных для жизни. Группа Дорна может дать ученым новые способы поиска миров, богатых водой.
Для получения дополнительной информации
Планеты содержат больше воды, чем предполагалось
Внутренняя часть как доминирующий резервуар воды в суперземлях и субнептунах
