На некоторых ледяных экзопланетах могут быть обитаемые океаны и гейзеры

Исследование НАСА расширяет поиск жизни за пределами нашей солнечной системы, указывая, что 17 экзопланет (миров за пределами нашей солнечной системы) могут иметь океаны жидкой воды, важного ингредиента для жизни, под ледяными панцирями. Вода из этих океанов могла время от времени прорываться сквозь ледяную корку в виде гейзеров.

Научная группа рассчитала интенсивность гейзерной активности на этих экзопланетах, и это было впервые, когда были сделаны такие оценки. Они определили две экзопланеты достаточно близко, где признаки этих извержений можно было наблюдать в телескопы.

Поиски жизни в других частях Вселенной обычно сосредотачиваются на экзопланетах, находящихся в «обитаемой зоне» звезды — расстоянии, где температура позволяет жидкой воде сохраняться на их поверхности. Тем не менее, экзопланета, которая слишком далека и холодна, может иметь океан под ледяной коркой, если у нее достаточно внутреннего нагрева.

Так обстоит дело в нашей солнечной системе, где Европа, спутник Юпитера, и Энцелад, спутник Сатурна, имеют подземные океаны, потому что они нагреваются приливами из-за гравитационного притяжения планеты-хозяина и соседних спутников.

Эти подземные океаны могли бы содержать жизнь, если бы у них были другие потребности, такие как энергоснабжение, а также элементы и соединения, используемые в биологических молекулах. На Земле целые экосистемы процветают в полной темноте на дне океанов возле гидротермальных источников, которые обеспечивают энергию и питательные вещества.

«Наш анализ предсказывает, что эти 17 миров могут иметь поверхность, покрытую льдом, но получают достаточно внутреннего тепла от распада радиоактивных элементов и приливных сил от своих звезд-хозяев, чтобы поддерживать внутренние океаны», — сказала Линн Квик из Центра космических полетов Годдарда НАСА. «Благодаря сильному внутреннему нагреву, который они испытывают, на всех планетах в нашем исследовании также могут наблюдаться криовулканические извержения в форме гейзероподобных шлейфов». Квик является ведущим автором статьи об исследовании, опубликованной в Astrophysical Journal.

Команда рассмотрела условия на 17 подтвержденных экзопланетах, которые примерно размером с Землю, но менее плотны, предполагая, что они могут иметь значительное количество льда и воды вместо более плотной породы. Хотя точный состав планет остается неизвестным, первоначальные оценки температуры их поверхности, полученные из предыдущих исследований, указывают на то, что они намного холоднее Земли, а это позволяет предположить, что их поверхности могут быть покрыты льдом.

Исследование улучшило оценки температуры поверхности каждой экзопланеты за счет перерасчета с использованием известной поверхностной яркости и других свойств Европы и Энцелада в качестве моделей. Команда также оценила общий внутренний нагрев этих экзопланет, используя форму орбиты каждой экзопланеты, чтобы получить тепло, выделяемое приливами, и добавить его к теплу, ожидаемому от радиоактивной активности.

Оценки температуры поверхности и общего нагрева дали толщину слоя льда для каждой экзопланеты, поскольку океаны охлаждаются и замерзают на поверхности, нагреваясь изнутри. Наконец, они сравнили эти цифры с цифрами Европы и использовали предполагаемые уровни активности гейзеров на Европе в качестве консервативной базовой линии для оценки активности гейзеров на экзопланетах.

Они прогнозируют, что температура поверхности будет ниже предыдущих оценок на величину до 16 градусов по Цельсию. Предполагаемая толщина ледяного панциря варьировалась от примерно 58 метров для Проксимы Центавра b и 1,6 километра для LHS 1140 b до 38,6 километров для MOA 2007 BLG 192Lb, по сравнению с расчетным средним показателем Европы в почти 29 километров.

Предполагаемая активность гейзера выросла с 8 килограммов в секунду для Kepler 441b до 290 000 килограммов в секунду) для LHS 1140b и шести миллионов килограммов в секунду для Проксимы Центавра б, по сравнению с Европой со скоростью 2000 килограммов в секунду.

«Поскольку наши модели предсказывают, что океаны могут быть обнаружены относительно близко к поверхности Проксимы Центавра b и LHS 1140 b, а скорость их гейзерной активности может превышать европейскую в сотни или тысячи раз, телескопы, скорее всего, обнаружат геологическую активность на этих планетах», — сказала Квик.

Эту активность можно было увидеть, когда экзопланета проходила перед своей звездой. Некоторые цвета звездного света могут быть затемнены или заблокированы водяным паром гейзеров. «Спорадические обнаружения водяного пара, при которых количество обнаруженного водяного пара меняется со временем, могут указывать на присутствие криовулканических извержений», — сказала Квик.

Вода может содержать другие элементы и соединения, которые могут показать, может ли она поддерживать жизнь. Поскольку элементы и соединения поглощают свет определенных «характерных» цветов, анализ звездного света позволит ученым определить состав гейзера и оценить потенциал обитаемости экзопланеты.

Для таких планет, как Проксима Центавра b, которые не пересекают свои звезды с нашей точки зрения, активность гейзеров может быть обнаружена с помощью мощных телескопов, способных измерять свет, который экзопланета отражает, вращаясь вокруг своей звезды. Гейзеры выбрасывали бы ледяные частицы на поверхность экзопланеты, из-за чего экзопланета выглядела бы очень яркой и отражающей.