Недавние лабораторные эксперименты выявили неожиданную возможность: некоторые планеты могут генерировать собственную воду, а не получать ее из внешних источников, таких как кометы или астероиды. Это открытие существенно меняет наше понимание того, как формируются экзопланеты, богатые водой, и ставит новые вопросы о потенциале для жизни за пределами Земли.
Моделирование Экстремальных Условий на Планетах
Исследователи успешно смоделировали экстремальные условия, которые можно найти в определенных экзопланетах, подвергая оливвин — распространенного минерала в планетарных недрах — воздействию высокоэнергетических лазерных лучей в присутствии водородного газа. Этот процесс эффективно лишает минерал атомов кислорода, позволяя кислороду вступать в реакцию с водородом и, как следствие, производить воду. Результаты работы были опубликованы 29 октября в Nature.
Экзопланеты, Богатые Водой: Долгая Тайна
Существование многочисленных экзопланет, по размеру и массе находящихся между Землей и Нептуном, ставит ученых в тупик. Многие из этих планет вращаются на умопомрачительной близости к своим звездам, гораздо ближе, чем Земля вращается вокруг Солнца. Их плотность указывает на то, что у них есть каменное ядро и значительный слой воды или водорода. Однако, как эти планеты могли накопить такое огромное количество воды, оставалось неясным.
Снежная Линия и Традиционные Теории
Наша Солнечная система предоставляет четкий пример “снежной линии” — границы, за которой вода обильна благодаря более низким температурам. Внутри снежной линии, как на Венере, вода, как правило, испаряется. Планеты за снежной линией, такие как Сатурн и Нептун, богаты как водой, так и газом. Астрофизики первоначально полагали, что водные экзопланеты должны образовываться далеко от своих звезд, а затем мигрировать внутрь. Однако, новые исследования позволяют предположить, что вода может быть произведена локально при определенных условиях посредством химических реакций.
Воссоздание Экстремальных Условий: Вызов из Алмаза
Воссоздание этих экстремальных условий оказалось сложной задачей. Ученым пришлось использовать “алмазную камеру с анвилем” — крошечный контейнер — чтобы достичь требуемой температуры и давления. Однако нагретые молекулы водорода проникали в структуру алмаза, вызывая его разрушение. Чтобы преодолеть эту трудность, исследователи перешли на использование импульсных лазеров, нагревая образец в течение очень коротких периодов времени.
«Я все равно сломал много алмазов», — признается Харрисон Хорн, планетарный ученый из Национальной лаборатории Лоуренса им. Ливермора.
Неожиданное Обилие Воды
Когда эксперимент был успешным, ученые были удивлены количеством произведенной воды. «От камня ничего не осталось. У меня был только металл и вода», — сказал Хорн. Геофизик Дэн Шим из Университета штата Аризона добавил: «Мы говорим о большом количестве воды, в тысячи раз больше, чем ожидалось для Земли, если у вас есть толстый слой водородной атмосферы». Удивительно, но около 18 процентов начальной массы превратилось в воду.
Граничная Зона: Где Образуется Вода
Исследователи полагают, что этот процесс генерации воды происходит на границе между каменным ядром планеты и ее водородной атмосферой, где высокое давление и температура могут спровоцировать реакцию. В результате могут образоваться либо гигантские океанические миры, в два-пять раз превышающие Землю по размерам и покрытые глубокими жидкими океанами, либо “гицеанские” миры — те, у которых огромный океан покрыт толстым слоем водорода.
Континуум Миров
Данные результаты позволяют предположить, что эти типы миров представляют собой точки на континууме, а не отдельные категории. «Они связаны, как родственники», — объяснил Шим. Вероятно ли, что планета станет океаническим миром или гицеанским миром, зависит от таких факторов, как близость к звезде, размер и первоначальный состав.
Последствия для Пригодности к Обитанию
Исследование поддерживает продолжающиеся дебаты о пригодности гицеанских миров для обитания. Хотя последние исследования предполагали, что большая часть их воды может быть заперта в их мантиях, оставляя поверхность сухой, это новое исследование повышает вероятность обильного поверхностного водоснабжения. «Это, возможно, хорошие новости для жизни на этих планетах», — заявляет Ремо Бёрн, астрофизик из Обсерватории Кота д’Азур.
Древняя Вода Земли: Возможный Источник
Эти данные также проливают свет на происхождение воды Земли. Хотя необходимые для этой реакции экстремальные условия сегодня на Земле не существуют, они могли присутствовать во время ее формирования. Ранняя Земля с толстой водородной атмосферой могла бы способствовать аналогичным реакциям образования воды.
Данные, полученные из древних алмазов из глубин Земли — содержащих крошечные пузырьки с водой с уникальной химической сигнатурой — подтверждают эту гипотезу, указывая на два различных резервуара воды на Земле: один примитивный, образовавшийся в результате ранних химических реакций, и другой, состоящий из воды, доставленной богатыми водой кометами и астероидами.
