Новое исследование, проведённое международной группой астрофизиков, проливает свет на удивительный механизм образования воды на экзопланетах. Вопреки прежним представлениям, некоторые планеты, по-видимому, способны производить воду локально — без необходимости во внешних источниках, таких как кометы или межзвёздная пыль. Это открытие не только меняет наше понимание эволюции планетных систем, но и может объяснить происхождение части воды на Земле.
Лабораторное моделирование экстремальных условий
Чтобы проверить гипотезу, учёные смоделировали условия, аналогичные тем, что наблюдаются на экзопланетах, находящихся близко к своим звёздам. В лаборатории они подвергли минерал оливин — распространённый компонент мантии каменистых планет — воздействию высокоэнергетических лазеров в атмосфере, насыщенной водородом. В результате водородные атомы начали отрывать кислород от кристаллической решётки минерала. Освобождённый кислород вступал в реакцию с водородом, образуя молекулы воды.
Вода из недр — не фантастика, а химия
Результаты эксперимента оказались неожиданно масштабными. Учёные были поражены тем, сколько воды удалось получить в ходе реакции. «Речь идёт о большом количестве воды, примерно в тысячи раз большем, чем можно было бы ожидать на Земле при наличии плотной водородной атмосферы», — заявили авторы исследования. Это означает, что при определённых условиях планета может производить воду в объёмах, достаточных для формирования океанов — без участия внешних источников.
Почему это важно для экзопланет
На сегодня обнаружены сотни экзопланет с размерами и массой между Землёй и Нептуном. Многие из них вращаются гораздо ближе к своим звёздам, чем Земля к Солнцу. Их расчётные плотности указывают на наличие каменистых недр, покрытых толстыми слоями воды или водорода. Однако до сих пор оставалось загадкой, как эти планеты могли накопить столько воды, находясь в зоне, где она должна испаряться.
Снеговая линия и водный парадокс
В Солнечной системе существует чёткое разделение между планетами, образовавшимися по разные стороны так называемой «снеговой линии». Это минимальное расстояние от протозвезды, при котором температура достаточно низкая для конденсации летучих веществ, таких как вода, в твёрдую фазу. Внутри этой линии вода нестабильна и быстро испаряется — примером служит Венера. За её пределами, где формировались Сатурн и Нептун, вода и газы сохраняются в больших объёмах.
Астрофизики долгое время считали, что водные экзопланеты должны формироваться за пределами снеговой линии, а затем мигрировать внутрь системы. Однако новое исследование предлагает альтернативное объяснение: вода может образовываться прямо на месте, в недрах планеты, благодаря химическим реакциям между водородом и минералами.
Где именно рождается вода
Исследователи предполагают, что процесс образования воды происходит на границе между каменистой частью планеты и её газообразной водородной оболочкой. Именно там — при высоком давлении и температуре — создаются условия, способствующие реакции. По оценкам учёных, конечное содержание воды на таких планетах может составлять от 5 до 28 процентов от их общей массы. Это колоссальный объём, способный формировать океаны глубиной в тысячи километров.
Океанические и «гикейские» миры
В зависимости от условий, на таких планетах могут возникать два типа водных миров. Первый — это гигантские океанические планеты, в два-пять раз превышающие Землю по размеру, полностью покрытые жидкой водой. Второй — так называемые «гикейские» миры, где океан скрыт под толстым слоем водорода. Оба типа представляют интерес для изучения потенциальной обитаемости, хотя наличие водорода может создавать неблагоприятные условия для жизни в земном понимании.
Связь с историей Земли
Открытие имеет значение не только для экзопланет, но и для понимания истории нашей собственной планеты. Хотя на современной Земле отсутствуют условия, необходимые для описанной реакции — такие как плотная водородная атмосфера и экстремальное давление — они могли существовать в ранние этапы её формирования. В тот период, когда Земля ещё не потеряла первичную атмосферу, богатую водородом, аналогичные процессы могли способствовать образованию части её водных ресурсов.
Новый взгляд на происхождение воды
До сих пор происхождение воды на Земле оставалось предметом научных споров. Одни теории предполагают, что вода была занесена кометами и астероидами, другие — что она образовалась из газов, захваченных при формировании планеты. Новое исследование добавляет к этой мозаике ещё один фрагмент: возможность локального синтеза воды в недрах планеты. Это расширяет горизонты планетологии и открывает новые направления для изучения эволюции водных миров.
Перспективы для поиска жизни
Открытие также влияет на критерии поиска потенциально обитаемых планет. Если вода может формироваться локально, то даже планеты, находящиеся в «сухих» зонах, могут обладать океанами. Это означает, что зону обитаемости следует пересматривать, включая в неё миры, ранее считавшиеся слишком близкими к звёздам. Кроме того, понимание механизмов образования воды помогает уточнить модели эволюции атмосферы и климата, что важно для оценки пригодности планет к жизни.
Заключение
Исследование демонстрирует, что вода — одно из самых универсальных и загадочных веществ во Вселенной — может возникать в самых неожиданных местах. Химические реакции между водородом и минералами в недрах планет открывают путь к новым моделям формирования водных миров. Это не только расширяет наше понимание экзопланет, но и даёт шанс по-новому взглянуть на историю Земли. Вода, возможно, ближе, чем мы думали — и её происхождение сложнее, чем казалось.