Ученые NASA утверждают, что планеты с океанами и активными вулканами распространены в Галактике

Несколько лет назад ученый-планетист Линн Квик начала задумываться о том, может ли какая-либо из более чем 4000 известных экзопланет или планет за пределами нашей солнечной системы напоминать некоторые из водянистых спутников вокруг Юпитера и Сатурна. Хотя некоторые из этих лун не имеют атмосферы и покрыты льдом, они по-прежнему являются одними из главных целей в поисках жизни за пределами Земли специалистами NASA. Луна Сатурна Энцелад и Луна Юпитера Европа, которые ученые классифицируют как океанические миры, являются хорошими примерами.

“Из Европы и Энцелада вырываются струи воды, поэтому мы можем сказать, что эти тела имеют подземные океаны под своими ледяными раковинами, и у них есть энергия, которая движет перьями, что является двумя требованиями для жизни, как мы знаем”, – говорит Квик, планетолог НАСА, специализирующаяся на вулканизме и океанских мирах. – “Поэтому, если мы думаем об этих местах как о пригодных для обитания, возможно, более крупные версии их в других планетных системах также пригодны для обитания”.

Квик из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, решила выяснить, гипотетически, существуют ли планеты, похожие на Европу и Энцелад, в галактике Млечный путь. И могут ли они быть настолько геологически активными, чтобы проносить перья сквозь их поверхности, которые однажды могут быть обнаружены телескопами.

Благодаря математическому анализу нескольких десятков экзопланет, в том числе планет в соседней системе TRAPPIST-1, Квик и ее коллеги узнали кое-что важное: более четверти изученных экзопланет могли быть океаническими мирами, причем большинство из них, возможно, скрывают океаны под слоями поверхностный лед, похожий на Европу и Энцелад. Кроме того, многие из этих планет могут выделять больше энергии, чем Европа и Энцелад.

Однажды ученые смогут проверить предсказания Квика, измерив тепло, излучаемое экзопланетой, или обнаружив вулканические или криовулканические извержения (жидкость или пар вместо расплавленной породы) на длинах волн света, излучаемого молекулами в атмосфере планеты. На данный момент ученые не могут увидеть множество экзопланет в деталях. Увы, они слишком далеко и слишком заглушены светом своих звезд. Но, учитывая единственную доступную информацию – размеры, массы и расстояния экзопланет от их звезд – такие ученые, как Квик и ее коллеги, могут использовать математические модели и наше понимание Солнечной системы, чтобы попытаться представить условия, которые могли бы превратить экзопланеты в пригодные для жизни миры.

В то время как предположения, которые входят в эти математические модели, являются образованными догадками, они могут помочь ученым сузить список перспективных экзопланет для поиска условий, благоприятных для жизни, чтобы предстоящий космический телескоп Джеймса Вебба или другие космические миссии НАСА могли продолжить исследования.

“Будущие миссии по поиску признаков жизни за пределами Солнечной системы сфокусированы на планетах, подобных нашей, которые имеют глобальную биосферу, настолько богатую, что она меняет химический состав всей атмосферы”, – говорит Аки Роберге, астрофизик НАСА Годдарда, который сотрудничал с Квик над этим анализом. – “Но в солнечной системе ледяные луны с океанами, которые далеки от солнечного тепла, все еще показали, что они обладают свойствами, которые, по нашему мнению, необходимы для жизни”.

Чтобы найти возможные океанические миры, команда Квика выбрала 53 экзопланеты с размерами, наиболее похожими на Землю, хотя их масса могла бы быть в восемь раз больше. Ученые предполагают, что планеты такого размера более твердые, чем газообразные, и, таким образом, с большей вероятностью поддерживают жидкую воду на или под их поверхностями. По крайней мере, еще 30 планет, которые соответствуют этим параметрам, были обнаружены с тех пор, как Квик и ее коллеги начали свое исследование в 2017 году, но они не были включены в анализ, который был опубликован 18 июня 2020 года в журнале Publications of Astronomical Society.

После того как Квик и ее команда определили свои планеты размером с Землю, они попытались определить, сколько энергии каждая из них может генерировать и выделять в виде тепла. Команда рассмотрела два основных источника тепла. Первое, радиогенное тепло, генерируется в течение миллиардов лет медленным распадом радиоактивных материалов в мантии и коре планеты. Эта скорость распада зависит от возраста планеты и массы ее мантии. Другие ученые уже определили эти отношения для планет размером с Землю. Итак, Квик и ее команда применили скорость распада к своему списку из 53 планет, предполагая, что каждая из них имеет тот же возраст, что и ее звезда, и что ее мантия занимает ту же долю объема планеты, что и мантия Земли.

Затем исследователи вычислили тепло, производимое чем-то другим: приливной силой, которая является энергией, генерируемой гравитационным растяжением, когда один объект вращается вокруг другого. Планеты на вытянутых или эллиптических орбитах смещают расстояние между собой и своими звездами, когда они окружают их. Это приводит к изменениям гравитационной силы между двумя объектами и вызывает растяжение планеты, тем самым генерируя тепло. В конце концов, тепло теряется в пространстве через поверхность.

Один из путей выхода тепла – через вулканы или криовулканы. Другой путь – через тектонику, которая является геологическим процессом, ответственным за движение самого внешнего скалистого или ледяного слоя планеты или луны. Каким бы способом ни отводилось тепло, важно знать, сколько из него выталкивает планета, потому что оно может создать или нарушить обитаемость.

По материалам Scitechdaily