Вода внутри: как экзопланеты прячут океаны в своих ядрах

На протяжении многих лет наука считала, что планеты, как и Земля, состоят из железного ядра, мантии из силикатных пород и воды, покрывающей их поверхность. Однако последние исследования показали, что экзопланеты, вращающиеся вокруг других звезд, могут иметь гораздо более сложную структуру, чем предполагалось ранее.

Фото: ESO by M. Kornmesser, PDM

Профессор Кэролайн Дорн из Швейцарской высшей технической школы Цюриха вместе с коллегами из Принстонского университета провела исследования, результаты которых опубликованы в журнале Nature Astronomy. Они изучили распределение воды на экзопланетах с использованием модельных расчетов, основанных на фундаментальных законах физики.

Эти исследования показали, что вода на таких планетах не просто присутствует на поверхности в виде океанов, как на Земле, но и может быть заключена глубоко внутри их железных ядер.

Основной вывод ученых заключается в том, что чем больше планета и чем больше её масса, тем больше воды попадает в её ядро. На крупных планетах вода не принимает форму привычных молекул H₂O, а разделяется на водород и кислород, взаимодействуя с железными каплями, которые опускаются в ядро.

Это открытие меняет представления о распределении воды на экзопланетах и ставит под сомнение прежние модели, в которых объем воды мог быть занижен до десяти раз.

Кроме того, данное исследование показало, что планеты, на которых вода попадает в ядро, вероятно, имеют гораздо меньше воды на поверхности, чем предполагалось. Однако вода, растворенная в магматическом океане мантии, может постепенно выделяться в атмосферу во время охлаждения планеты, что делает ее доступной для астрономических наблюдений.

С помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, ученые пытаются установить связь между атмосферой и внутренними процессами экзопланет. Это особенно важно для планет, которые могут поддерживать условия, благоприятные для жизни.

Новые данные о планете TOI-270d, а также других объектах, таких как K2-18b, показывают, что взаимодействие между магматическим океаном и атмосферой может быть более сложным, чем предполагалось ранее.

Исследования также ставят под сомнение предыдущие гипотезы о том, что планеты с большим количеством воды могут быть враждебными к жизни. Новые данные указывают на то, что значительная часть воды может быть заключена в ядре, а не на поверхности, что увеличивает вероятность наличия обитаемых условий на таких планетах.

Уточнения

Экзоплане́та (от др.-греч. ἔξω, exō — «вне», «снаружи»), или внесолнечная планета, — планета, находящаяся за пределами Солнечной системы. Долгое время задача обнаружения планет возле других звёзд оставалась неразрешённой, так как планеты чрезвычайно малы и тусклы по сравнению со звёздами, а сами звёзды находятся далеко от Солнца (ближайшая — на расстоянии 4,24 световых года).