Большая часть воды на планете скрыта не на ее поверхности, а глубоко внутри. Это открытие изменяет наше понимание потенциальной обитаемости далеких миров, как показывают модели расчетов исследователей из Швейцарского федерального технологического института (ETH Zurich) и Принстонского университета.
Планеты, на которых есть океаны магмы, содержащие воду — как, например, экзопланета GJ 1214 b, показанная в художественной концепции — будут иметь лишь небольшую часть этой воды на поверхности. Большая часть воды хранится глубоко в их недрах.
Мы знаем, что Земля имеет железное ядро, окруженное мантией из силикатных пород, а также океаны на поверхности. Этот простой планетарный подход до сих пор использовался для исследования экзопланет — планет, вращающихся вокруг других звезд за пределами нашей Солнечной системы. Однако в последние годы стало ясно, что планеты гораздо сложнее, чем мы думали, — объясняет профессор Каролин Дорн из ETH Zurich.
Большинство известных экзопланет расположены близко к своим звездам, что делает их горячими мирами с океанами магмы, которые еще не остыли до твердой мантии. Вода хорошо растворяется в этих океанах магмы, в отличие от углекислого газа, который быстро испаряется и поднимается в атмосферу.
Профессор Дорн и ее коллеги из Принстонского университета с помощью физических моделей исследовали, как распределяется вода между силикатами и железом в ядре планеты. Результаты их исследований опубликованы в журнале Nature Astronomy.
“Магматический суп” с водой и железом
Железное ядро планет формируется не сразу — вначале значительная часть железа содержится в виде капель в горячем магматическом супе. Вода в этом супе соединяется с железными каплями и погружается вместе с ними к ядру. Как объясняет Дорн, “железные капли работают как лифт, который переносит воду вниз”.
Оказалось, что чем больше планета и ее масса, тем больше воды поглощается железом и интегрируется в ядро. Под сильным давлением вода перестает существовать в виде молекул H2O и разлагается на водород и кислород.
Вода также скрыта глубоко внутри Земли
Это исследование было инициировано недавними открытиями о содержании воды на Земле. Оказалось, что океаны на поверхности Земли содержат лишь небольшую часть воды нашей планеты. Более 80 объемов океанов Земли скрыты внутри планеты.
Новые данные кардинально меняют наше понимание планетных систем. Если не учитывать растворимость и распределение воды, объемы воды на планетах могут быть недооценены в десять раз.
Эволюция и будущее исследования
Распространение воды также важно для понимания формирования и эволюции планет. Вода, которая погружается к ядру, остается там навсегда, а та, что растворена в магме мантии, может выходить на поверхность во время охлаждения мантии. Это значит, что если мы находим воду в атмосфере планеты, скорее всего, в ее недрах есть еще больше.
Такие исследования планируются и для экзопланет, подобных TOI-270d и K2-18b, которые привлекли внимание ученых.
Поддерживают ли “водные миры” жизнь?
Вода считается важнейшим условием для существования жизни. Однако последние расчеты показали, что слишком много воды может создать неблагоприятные условия для жизни, поскольку толстый слой высокодавленного льда может изолировать океан от мантии планеты. Тем не менее, новое исследование предполагает, что большая часть воды на таких планетах не находится на поверхности, а скрыта глубоко внутри, что может позволить существовать условиям, подобным земным.