Учёные обнаружили, что экзопланеты могут иметь намного больше воды, чем предполагалось ранее, и что большая часть этой воды может быть глубоко внутри ядра планеты. Это открытие может изменить понимание экзопланет и потенциально сделать их условия ещё более пригодными для жизни.
Исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха и Принстонского университета провели компьютерное моделирование, чтобы понять, как вода взаимодействует с поверхностью расплавленной магмы молодой горячей каменистой планеты. Они обнаружили, что даже на Суперземлях, которые намного больше Земли, большая часть воды планеты может оказаться в её недрах.
По словам профессора Каролин Дорн, «на планетах гораздо больше воды, чем предполагалось ранее». Она также отметила, что «чем больше планета и чем больше её масса, тем больше вода стремится опуститься с железом и интегрироваться в ядро». Однако эта вода настолько глубоко, что она навсегда «заперта» в ядре, без возможности добраться до неё, поэтому она бесполезна для жизни на поверхности планеты.
Исследователи объясняют, что когда планеты образуются путём аккреции обломков и столкновений с другими протопланетами, они становятся настолько горячими, что вся их поверхность покрывается океаном расплавленной магмы. Эта магма в итоге остывает, образуя богатую силикатами мантию и твёрдую кору, лежащую над глубоким ядром из расплавленного железа, которое со временем становится плотнее, поскольку более тяжёлые материалы опускаются к центру планеты.
Среди материалов, из которых состоят планеты, есть вода, и в ранние периоды существования планеты вода присутствует и растворена в океане магмы. Предыдущие исследования показали, что молодые планеты, схожие по размеру и массе с Землёй, и, следовательно, с относительно умеренными внутренними давлениями и температурами, способны втягивать растворенную в магме воду вниз к ядру.
Однако многие из скалистых экзопланет, которые открывают астрономы, намного больше Земли. Эти так называемые Суперземли могут иметь массу до 10 раз больше массы нашей планеты, но пока не ясно, могут они, с их более экстремальными условиями, вытягивать воду из магматического океана, как это произошло на Земле.
Исследователи обнаружили, что даже на Суперземлях большая часть воды планеты может оказаться в её недрах. Вода в магме может соединяться с железными каплями, когда они погружаются к ядру.
Это открытие может иметь важные последствия для поиска жизни во Вселенной. Если вода не скапливается на поверхности планеты, а вместо этого погружается вглубь ядра, то это может сделать планеты более пригодными для жизни. Кроме того, это может означать, что «водные миры» с глубокими океанами могут быть редки, и что планеты, на поверхности которых есть только вода, могут быть непригодны для жизни.
Учёные также обнаружили, что некоторые экзопланеты имеют плотность, которая подразумевает, что значительная часть их массы состоит из воды. Однако вместо того, чтобы предполагать, что эта вода присутствует на поверхности в виде океана, исследователи теперь считают, что большая часть воды может быть внутри планеты.
Одна из экзопланет, которая представляет интерес для исследователей, — это TOI-270d, вращающаяся вокруг красного карлика на расстоянии 73 световых лет от Земли. Эта планета имеет массу в 4,78 раза больше массы нашей планеты и была обнаружена с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб». Исследователи обнаружили метан, углекислый газ и водяной пар в атмосфере TOI-270d, что может указывать на то, что вода присутствует в её недрах. «Были собраны доказательства существования взаимодействия воды между магматическим океаном внутри и атмосферой», — сказала Дорн.
Исследователи планируют продолжить изучение этой экзопланеты и других подобных ей, чтобы лучше понять, как вода взаимодействует с поверхностью расплавленной магмы и как она может влиять на обитаемость планет.
