Підлідні води можуть зробити населеними навіть світи вічного дня

Межі населеної зони визначаються умовами, необхідними для наявності рідкої води на поверхні. Астрофізик Амрі Вандель запропонував розширити ці межі – і враховувати можливість існування рідкої води під крижаним покривом планет.

Червоні карлики – найпоширеніші зірки у Всесвіті, тож з високою ймовірністю першу населену планету земного типу ми знайдемо якраз біля такої зірки, якщо взагалі знайдемо. Ці зірки активні на початку життєвого циклу і можуть знищити атмосфери своїх планет, але потім стають досить “прохолодними”. Тому астрономи зацікавлені в тому, щоб визначити умови, за яких у таких планет можуть залишитися населені світи, і обчислити межі населеної зони.

Цієї весни команда космічного телескопа “Джеймс Вебб” повідомила про ознаки наявності водяної пари в екзопланети земного типу GJ 486 b. Проблема в тому, що цей об’єкт літає надто близько до своєї зірки, і температура на його поверхні сягає 430 °C, а водяна пара – ознака атмосфери, якої не повинно бути в таких умовах. Автори дослідження впевнені, що сигнал йде від води, але припускають, що він міг прийти від зірки, від її холодних зоряних плям.

Астрофізик Амрі Вандель (Amry Wandel) припустив, що джерелом сигналу може бути сама планета, яка теоретично перебуває в приливному захопленні із зіркою: на одному її боці завжди день, на іншому – ніч. Його дослідження прийняли до публікації в Astronomical Journal.

Здатність підтримувати рідку воду на поверхні вважається одним з основних критеріїв населеності планети. Класична зона населеності системи визначається як зона між двома крайніми точками – занадто близькою до зірки, де вода випарується з поверхні, не встигнувши закипіти, і занадто далекою, де вода замерзає.

Моделювання та розрахунки показали, що на планетах, які перебувають у приливному захопленні у червоних карликів, може бути рідка вода хоча б у деяких регіонах поверхні за досить широкого діапазону атмосферних умов. Астрофізик Амрі Вандель упевнений, що сам діапазон зони населеності для таких планет набагато ширший, якщо врахувати потенційну наявність підлідних океанів і атмосфери.

Знімок Енцелада, зроблений “Кассіні” 2009 року / © NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

За зовнішньою межею зони населеності крижаний покрив може танути “зсередини” від приливного розігріву – наприклад, як на Європі та Енцеладі, супутниках Юпітера і Сатурна – або від тепла радіонуклідів, що розпадаються. Під тиском крижаного покриву вода, що розтанула, може підніматися вгору по товщі льоду, утворюючи підлідні озера, а може, навіть масивний рідкий шар.

У планет на орбітах ближче до зірки, ніж початок населеної зони, “денний” бік буде занадто розпечений, щоб підтримувати наявність рідкої води. А ось крижаний покрив на “нічному” боці цілком може захищати рідку воду від спеки атмосфери, що “перелітає” з “денного” боку. У цих умовах нова межа населеної зони – орбіта, на якій жар атмосфери не дає воді повністю замерзати навіть на “нічному” боці.

Звісно, розширені межі населеної зони, як і класичні, непостійні й залежать як від еволюції зірки, так і від змін у геотермальній структурі планети. Головне – модель Амрі Ванделя пояснює воду на екзопланеті GJ 486 b, хоча й вимагає накладення додаткових умов на характеристики її атмосфери