Вода в ядрах экзопланет: неожиданный ключ к обитаемости мира

«Планеты гораздо более богаты водой, чем мы думали», — заявляет профессор Кэролайн Дорн из Швейцарской высшей технической школы Цюриха. И ее слова — не просто предположение, а вывод из сложной головоломки формирования планет.

Представьте себе молодой мир. Он раскален до состояния гигантского океана магмы, кипящего от постоянных столкновений. По мере остывания этот суп расслаивается: более легкие силикаты образуют мантию и кору, а тяжелое железо тонет к центру, формируя ядро. Но что происходит с водой, которая изначально была растворена в этой магме?

Раньше считалось, что на планетах земного типа вода может мигрировать в ядро. Мы-то знаем, что в недрах Земли воды в десятки раз больше, чем во всех океанах. Но как быть с суперземлями — мирами, чья масса и давление в разы больше? Способны ли они удерживать воду на поверхности, или она тоже ускользает вглубь?

«Железо в магме существует в виде горячих капель», — объясняет Дорн. Вода цепляется за эти капли и вместе с ними отправляется в путешествие к сердцу планеты. Простой, почти изящный механизм. Но работает ли он в экстремальных условиях?

Куда исчезает океан? Вода внутри и снаружи

Ответ дало компьютерное моделирование, проведенное командой Дорн. Оказалось, что чем массивнее планета, тем эффективнее железо «ворует» воду из магмы и утаскивает ее в ядро. Железо может поглотить в 70 раз больше воды, чем силикаты! Правда, в ядре под чудовищным давлением знакомые H₂O распадаются на атомы водорода и кислорода.

Это меняет все. Раньше, обнаружив планету с низкой плотностью, астрономы думали: «Ага, это водный мир с глобальным океаном глубиной в десятки километров». Теперь же выясняется, что большая часть этой воды может быть надежно заперта внутри. А это, между прочим, хорошая новость для поиска жизни.

Новая надежда для «гисейских» миров

Почему хорошая? Потому что жизнь, какой мы ее знаем, нуждается не только в воде, но и в суше. С материков в океан смываются питательные вещества, там же происходит круговорот углерода, стабилизирующий климат. Планета-аквариум — не лучший кандидат на обитаемость.

Вот где на сцену выходят так называемые «гисейские» миры (от английских слов hydrogen — водород и ocean — океан). Это планеты с богатой водородом атмосферой, которые раньше считались покрытыми бездонными океанами. Теперь же появляется шанс, что у них может быть и твердая поверхность. Стоит присмотреться к ним повнимательнее.

Цель номер один: TOI-270d

Один из таких кандидатов уже в поле зрения ученых. Это TOI-270d, суперземля в 73 световых годах от нас. Данные телескопа «Джеймс Уэбб» показали в ее атмосфере метан, углекислый газ и водяной пар. «Мы видим признаки сложного взаимодействия между водой, магматическим океаном, недрами и атмосферой», — говорит Дорн.

Итак, картина меняется. Вода, прячущаяся в ядре, — не потеря для жизни, а, возможно, ее шанс. Это означает, что планет с правильным балансом суши и океана в галактике может быть значительно больше. Вселенная, кажется, снова оказывается хитрее и гостеприимнее, чем мы предполагали.