Экзопланета Глизе 1214b полностью состоит из воды, но есть ли там жизнь
При поиске жизни на других планетах ученые ориентируются на присутствие воды. Ведь известно, что вода служит источником возникновения и эволюции живых организмов. В таком случае планета Глизе 1214 b должна буквально кишеть многообразием жизни, потому что она почти полностью состоит из воды.
Переместимся на удаленность в 40 световых лет от нас в созвездие Змееносца. Там найдем красный карлик, вокруг которого на удаленности в 2.1 млн. км вращается суперземля Глизе 1214 b. Чтобы вы понимали, один ее год длится всего 36 часов!
По массе Глизе 1214 b превышает земную в 6.55 раз, а по диаметру больше в 2.5 раз. Однако мир уступает земной гравитации из-за низкой плотности. Показатель силы тяжести достигает 0.91 g, что напоминает ситуацию на Венере.
Сравнительные размеры Глизе 1214 b
Но мир приготовил множество сюрпризов. Прежде всего, анализ состава показал, что Глизе 1214 b по массе на 75% состоит из воды и лишь 25% отведено на каменистые материалы и железо. Возможно, вас это не удивит, ведь во многих источниках встречается информация, что Земля на 71% покрыта водой.
Но здесь речь идет именно о соотношении масс. Если взять всю воду на Земле и противопоставить ее скалистым материалам, то количество земной воды по массе составит всего лишь 0.02%! А теперь представьте ситуацию на Глизе 1214 b.
Глизе 1214 b на фоне родительской звезды
Однако не думайте, что вам суждено оказаться в водном мире, где плотный слой воды покрывает скромное скалистое ядро. Исследователи считают, что поверхность планеты прогревается на 200 °C. Это приводит к тому, что весь водный объем приобретает экзотические формы. Прежде всего, атмосфера представлена густым водяным паром с небольшими вкраплениями водорода и гелия.
Если опустимся ниже, то столкнемся с горячим льдом. Это экзотическое вещество не встречается в естественных условиях на Земле, но его можно создать в лабораторных условиях. Дело в том, что при высоком давлении (больше 20000 атмосфер) вода способна оставаться в твердом состоянии даже при нагреве +76 °C.
Кроме того, жидкость присутствует в виде супержидкой воды. Эта разновидность также не встречается в земных условиях. Ее особенность в невероятной текучести. Она льется почти без трения. То есть, вы могли бы налить ее в стакан, поставить его прямо, а жидкость будет свободно выливаться через край.
За счет своих необычных характеристик Глизе 1214 b кажется интересной для изучения. Исследователи хотят понять, как она сформировалась, и являются ли ее характеристики чем-то типичным или же это уникальный мир.
Источник
Планета-океан: что обнаружили астрономы недалеко от Солнца
Мудрецы и слон
Команда астрономов из 19 научных центров отчиталась в журнале Astronomy & Astrophysics об исследовании удивительной планетной системы. Звезда L 98-59, она же TOI-175, находится всего в 35 световых годах от Солнца. Учитывая размеры Галактики, это буквально «за углом». В 2019 году орбитальный телескоп TESS, о котором мы подробно рассказывали, обнаружил у звезды три планеты. В соответствии с традицией, их обозначили L 98-59 b, L 98-59 c и L 98-59 d (планеты «нумеруются» буквами в хронологическом порядке их открытия).
Три планеты у одной звезды — богатый улов. Из более чем 3500 известных планетных систем, лишь примерно в каждой пятой астрономы насчитали два и более мира. Скорее всего, мультипланетные системы не редкость сами по себе. Но нам все еще сложно обнаруживать планеты, находящиеся далеко от родительской звезды. Так что обычно дело ограничивается открытием ближайшего к своему солнцу мира, а его более далекие соседи остаются за кадром. Лишь изредка экзопланеты так тесно толпятся вокруг звезды, что мы можем зафиксировать несколько штук. Именно так получилось в системе L 98-59. Там словно воплотилась пословица: «в тесноте, да не в обиде». Планеты b, с и d располагаются в 46, 33 и 21 раз ближе к своему солнцу, чем Земля — к своему. Год на них длится два, четыре и семь земных дней, соответственно.
И это большая удача для ученых, стремящихся открыть законы, по которым зарождаются и живут планетные системы. Ведь составить представление о системе в целом по одной планете так же трудно, как о слоне из известной притчи — по хоботу. Неудивительно, что астрономы обратили самое пристальное внимание на систему L 98-59, где слон присутствует в более полном составе.
Взвесить и обмерить
TESS использует для открытия экзопланет метод транзитов. Его суть проста: когда планета проходит между звездой и наблюдателем (это прохождение и называется транзитом), она затмевает собой часть света. Этот эффект повторяется при каждом обороте экзопланеты вокруг родительского светила. Такие периодически падения яркости и сигнализируют, что у звезды есть планета. Точно измерив процент затмеваемого света, астрономы могут определить и диаметр экзопланеты.
Этот метод открытия далеких миров необычайно продуктивен: более 70% из примерно 4800 известных планет были обнаружены именно так. Но у него есть свои ограничения. Например, орбита экзопланеты может попросту не пересекать линию «звезда — наблюдатель». Такие миры не совершают транзитов (потому и называются нетранзитными), то есть остаются невидимыми для этого метода.
Радиусы экзопланет L 98-59 b, c и d, по данным TESS, составляют от 0,8 до 1,6 земного. Это очень интригующие цифры. Планета размером с нашу едва ли окажется ледяной или газовой. Скорее всего, по своему химическому составу она будет сходна с Землей, а землеподобные миры по понятным причинам интересуют человечество больше любых других.
Однако чтобы уверенно судить о составе и строении планеты, нужно знать ее плотность. Плотность можно получить, разделив массу на объем, но вот массу невозможно измерить методом транзитов.
К счастью, все-таки существует способ «бросить» планету «на весы». Это другой классический подход — метод лучевых скоростей (с его помощью обнаружено примерно 20% известных экзопланет). Суть его в том, что притяжение планеты действует на родительскую звезду. Светило как бы пританцовывает на месте, чуть-чуть сдвигаясь навстречу собственному спутнику. Точные приборы улавливают в спектре звезды след этого движения. Метод лучевых скоростей позволяет определить массу планеты и выловить нетранзитные миры.
Разные научные группы дважды исследовали систему L 98-59 методом лучевых скоростей. В этих наблюдениях исследователи оценили массу двух из трех ее известных планет — L 98-59 c и L 98-59 d. Чтобы «взвесить» L 98-59 b, самую легкую из этой троицы, не хватало точности измерений. К тому же тогда астрономы не обнаружили в системе никаких новых экзопланет.
Авторы же новой работы использовали блистательный дуэт из самого большого в мире оптического телескопа VLT и сверхточного спектрографа ESPRESSO. Это позволило уточнить массы (а значит, плотность и состав) L 98-59 c и L 98-59 d, и результаты получились весьма интересными. Кроме того, ученые впервые «взвесили» миниатюрную L 98-59 b, установив тем самым рекорд точности. Наконец, они открыли в системе одну (а возможно, и две) новые планеты.
Планета-океан и другие сюрпризы
Так долго ускользавшая от ученых масса экзопланеты L 98-59 b оказалась равна 0,4 ± 0,15 масс Земли. Другими словами, эта планета примерно вдвое легче Венеры. Человечеству известна лишь горстка еще менее массивных миров, и их масса определялась экзотическими способами, которые редко удается применить. «Взвешивание» L 98-59 b установило рекорд точности для метода лучевых скоростей — самого распространенного и проверенного способа измерения массы планет. То, что стандартная «рабочая лошадка» специалистов по экзопланетам достигла такого совершенства — веха в истории этой науки. Ведь еще несколько лет назад казалось почти невозможным «взвесить» и планету земной массы.
Определив массу миров системы L 98-59 и зная их размер, астрономы рассчитали их плотность. Планеты L 98-59 b и L 98-59 c имеют плотность 2,1–5 г/см 3 и 3,7–5,3 г/см 3 , соответственно. Для сравнения: плотность Земли — 5,5 г/см 3 . Она столь велика, потому что земной шар имеет огромное железное ядро, составляющее около 30% его массы. Авторы полагают, что L 98-59 b и c — это землеподобные миры с небольшими (12–14% массы) железными ядрами. Другими словами, эти планеты очень похожи на нашу.
Совсем другое дело — L 98-59 d. Этот мир впору было бы назвать не планетой Земля, а планетой Вода. Судя по плотности 2,4–3,7 г/см 3 , вода составляет до 30% массы этого небесного тела. Для сравнения: доля воды в массе нашей планеты — всего 0,02%. Конечно, ученые не могут поручиться, что легкое вещество в составе экзопланеты — именно вода. Но это наиболее вероятный сценарий, учитывая, что H2O — одно из самых распространённых химических соединений во Вселенной. Подобные миры-океаны, по всей видимости, не редкость в космосе.
Кроме того, авторы заявили об открытии в системе четвертой планеты — L 98-59 e. Она нетранзитная, поэтому TESS не мог ее заметить. Масса этой экзопланеты составляет 2,7–3,4 земной, а оборот вокруг звезды она делает примерно за 13 земных суток.
Ни на одной из четырех названных планет почти наверняка невозможна жизнь. Там просто слишком жарко. Правда, звезда L 98-59 — красный карлик, маленький и холодный по сравнению с Солнцем. Но даже с учетом этого первые четыре экзопланеты расположены чересчур близко к светилу. Однако авторы обнаружили в данных намек на существование пятой (и тоже нетранзитной) планеты с массой 1,6–3,1 земной. Правда, исследователи не слишком уверены в ее реальности. Но если пятый мир существует, он может быть обитаемым. По меркам Солнечной системы эта планета тоже необычайно близка к светилу: год там длится всего 23 земных дня. Но это и есть оптимальное расстояние до красного карлика: не слишком жарко и не слишком холодно для существования жидкой воды. Как говорят специалисты, планета располагается в зоне обитаемости своей звезды.
Отметим, что в зонах обитаемости разных звезд уже не раз находили землеподобные планеты. Но все же такие открытия редки и по понятным причинам волнительны.
Конечно, с уверенностью говорить о наличии в системе четвертой и тем более пятой планеты можно будет только после того, как их реальность подтвердят наблюдения на других инструментах. Вряд ли прямо сейчас какой-то из них может потягаться со связкой крупнейшего телескопа с лучшим спектрографом, но эпохи в астрономии сменяются быстро. Уже в октябре 2021 года должен быть запущен крупнейший инфракрасный космический телескоп «Джеймс Уэбб». И, кстати, звезда L 98-59 попадает в зону неба, которую «Уэбб» будет наблюдать 200 дней в году. А в 2027-м планируется ввести в строй наземный оптический телескоп ELT, который будет в два с половиной раза больше нынешнего рекордсмена VLT. С помощью этих инструментов можно будет тщательно изучить планеты системы L 98-59. Возможно, удастся даже определить, есть ли у них атмосферы и из каких газов они состоят.
Мнение редакции может не совпадать с точкой зрения автора
Источник
Как появляются состоящие на три четверти из воды планеты, и возможна ли на них жизнь
. Таких найдено уже несколько, но даже специального названия данные объекты ещё не получили. «Планета-океан» — это, ведь, любая планета, поверхность которой полностью покрыта водой. Но для того чтобы затопить горы, много воды не нужно. Скорее всего, любая геологически активная суперземля сможет обзавестись достаточно мощной, но при этом вполне землеподобной гидросферой. Другое дело, если планета размером с Землю или крупнее состоит из воды на три четверти, как TRAPPIST-1e , GJ1214b и, вероятно, Глизе 581c . И речь лишь о планетах, находящихся в жизнепригодной зоне, на умеренном расстоянии от звезды. Ледяные миры не в счёт.
Первый вопрос, который должен быть задан: откуда столько воды? Если рассмотреть Солнечную систему, то тела состоящие преимущественно из неё сразу найдутся. Это луны планет-гигантов. Вода — распространённое соединение, и в составе протопланетной туманности снега больше, чем минеральной пыли. Другой вопрос, что в процессе формирования планетной системы внутренняя часть диска разогревается, снег превращается в пар, а пар вытесняется давлением излучения разгорающейся звезды во внешние кольца — далеко за пределы жизнепригодной зоны. По-этому, внутренние планеты Солнечной системы очень бедны водой. Внешние же богаты, но только замёрзшей. Подлёдные океаны не в счёт.
Разгадка в том, что все планеты-океаны обнаружены в системах красных карликов . Вышеописанные механизмы «высушивания» планет там не работают, так как газопылевой диск из-за низкой гравитации звезды разогревается меньше. В кольце, из которого формируется жизнепригодная планета, вода остаётся в форме снега. А для того, чтобы «сдуть» снежинку, а не отдельную молекулу, давление излучения карлика недостаточно. Всё просто.
. Всё просто. Слипшиеся из минеральной пыли с намёрзшим на неё льдом планетезимали носятся по кругу, продолжая собирать пыль и снег. Они сливаются, сначала мирно, но потом, когда их масса возрастёт, взаимопоглощение становится катастрофическим. Вода в процессе импактов испаряется, но просто возвращается в кольцо, где вновь замерзает, чтобы войти в состав одного из первичных тел. И так раз за разом. Этот круговорот можно наблюдать на примере взаимодействия спутника Сатурна Энцелада с кольцом E. После нескольких неудачных попыток обрести постоянное пристанище снег выпадает на уже окончательно сформировавшееся каменное ядро. Снегопад создаёт планету.
Если планета достаточно велика (а по условию задачи она размером с Землю) под воздействием ударного, гравитационного и радиационного тепла произойдёт плавление и окончательная диффренциация недр на металлическое ядро и жидкую каменную мантию. Лёд, разумеется, тоже будет таять. Но не всякий. В условиях колоссальных давлений образуются экзотические формы льда, в том числе его кубическая, высокотемпературная модификация лёд VII плотностью 1.65 г/см3. Каменная мантия скроется под имеющей толщину 4000 километров оболочкой из раскалённой, но твёрдой воды. И только поверх неё сможет существовать жидкий океан глубиной около 200 километров. Вполне возможно, что и он, как океан Ганимеда , будет разделен одним, двумя или даже тремя слоями подвешенного в вертикальном течении экзотического льда младших, менее стойких модификаций. Однако, избыток экзотики в глубинах не сочетается с наличием открытой воды на поверхности. Скорее, во всей толще океана — до дна — температура окажется слишком высокой для кристаллизации.
Таким образом, у океана будет дно. Из имеющего температуру сотни градусов льда. Образующего состоящий из куполов рельеф, уменьшенный, комнатный, карманный даже вариант которого сейчас можно видеть на поверхности Тритона . Во льду, пусть и твёрдом, возникнут вертикальные потоки переносящие тепло от каменной мантии к океану. Охлаждённые же массы с поверхности будут тонуть, унося в недра выпадающую на поверхность планеты и тонущую в воде космическую пыль.
Из-за активной конвекции дно всегда останется чистым, лишённым отложений. Но это не значит, что океан будет состоять из дистиллированной воды. Отнюдь. Она окажется очень солёной. По крайней мере в глубинах. Ведь при высоких давлении и температуре вода превращается в растворитель чудовищной эффективности. Восходящие потоки льда обогатят океан вынесенными из ядра металлами и солями. Мощные течения возникающие при таянии льда на вершинах куполов и намерзании его в низинах дна поспособствуют выносу растворённых и в верхние слои океана.
Будет ли в таком океане жизнь? В глубинах — едва ли. Даже с учётом того, что жизнь возникла в жерлах подводных гейзеров. Но где «чёрные курильщики», а где перегретый экзотический лёд… Это о разном немного. В приповерхностных слоях — может быть.
Может быть, но есть нюанс. Интенсивность синтеза органики в таком океане будет очень ограниченной даже безотносительно к специфическим условиям системы красного карлика. Так как круговорот химических веществ окажется частично разомкнутым. Фосфор и прочие необходимые для жизни химические элементы, уносимые в глубину вместе с отмершей органикой, могут быть возвращены в зону фотосинтеза только абиогенными процессами. Подобная проблема есть и в земных водах , но на планете-океане она приобретёт более значительный масштаб. Поэтому в гигантском планетарном море не приходится ожидать появления гигантских существ. Для крупных животных там просто не хватит пищи.
Источник
