Рождение воды в огне: как планеты сами создают свои океаны

По мере того как в нашей галактике открывают всё больше экзопланет, ученые наталкиваются на миры, бросающие вызов общепринятым объяснениям. Новое исследование, опубликованное в журнале Nature, описывает процесс, который может раскрыть загадку: почему огромное количество планет имеет воду на поверхности, даже когда все известные условия исключают её существование.

Вода, которой не должно быть

Речь идет о «суб-нептунах» — планетах, размер которых находится между Землей и Нептуном. Считается, что у них есть каменное ядро, окруженное оболочкой из водорода или воды. Логично предположить, что такие планеты формируются далеко от своей звезды, в зоне, где вода существует в виде льда. Однако многие из этих миров обнаружены опасно близко к своим светилам, где испепеляющая температура должна была бы давно испарить всю влагу.

Классические объяснения здесь не работают. Количество воды на этих планетах слишком велико, чтобы её могли занести кометы и астероиды. Предыдущие эксперименты также показывали, что реакции между водородом и силикатными породами при высоких давлениях должны производить лишь ничтожные количества воды.

Неожиданный источник

Новое исследование предлагает элегантное и неожиданное решение: планеты сами создают свою воду. Авторы работы обнаружили, что в недрах суб-нептунов, где давление может в тысячи раз превышать земное, а силикатные породы находятся в расплавленном состоянии, происходит уникальная реакция. Кислород, высвобождаемый из магмы, вступает в реакцию с водородом из атмосферы, порождая огромные объемы воды — до нескольких десятков процентов от массы системы.

Это открытие не только объясняет аномальное обилие воды, но и связывает в единую цепь эволюции разные типы планет. Изначально богатый водородом суб-нептун, по мере протекания этой реакции, может постепенно превращаться в водный мир, скрывающий под атмосферой целый океан. Как отмечают авторы, это делает «гицеанские миры» (планеты с водородной атмосферой и глобальным океаном) потенциально распространенным явлением.

Это открытие кардинально меняет наше понимание формирования планет и поисков жизни.

1. Новая парадигма образования воды. Отпадает необходимость искать «занесенную» воду. Планета может быть «рождена влажной» благодаря внутренним геохимическим процессам, даже в «горячей» зоне у звезды. Это значительно расширяет возможное количество обитаемых миров.

2. Пересмотр потенциальной обитаемости. «Гицеанские миры» с их горячими океанами под плотной водородной атмосферой долгое время считались непригодными для жизни. Однако если процесс генерации воды активен и сейчас, он может поддерживать химический баланс, благоприятный для возникновения биологических процессов в совершенно неожиданных мирах.

3. Направление для будущих исследований. Это открытие ставит перед учеными новые вопросы. Как долго длится этот процесс? Может ли каменистая планета типа Земли в прошлом пройти через такую «водородно-водную» стадию? Для ответов потребуются новые эксперименты, моделирование и более точные наблюдения за атмосферами экзопланет с помощью телескопов нового поколения, таких как «Джеймс Уэбб».

Таким образом, загадочные суб-нептуны оказываются не аномалией, а, возможно, ключевым звеном в эволюции планет. Они демонстрируют, что Вселенная гораздо изобретательнее в создании условий для воды — основы известной нам жизни, — чем мы могли себе представить.