Некоторые ледяные экзопланеты могут иметь обитаемые океаны и гейзеры

Исследование NASA расширяет поиск жизни за пределами Солнечной системы, указывая, что 17 экзопланет (миров вне нашей системы) могут иметь океаны жидкой воды — ключевого ингредиента для жизни — под ледяной оболочкой. Вода из этих океанов может периодически извергаться через ледяную кору в виде гейзеров.

Научная команда впервые рассчитала уровень гейзерной активности на этих экзопланетах. Они выделили две достаточно близкие экзопланеты, где признаки этих извержений можно наблюдать с помощью телескопов.

Поиск жизни обычно фокусируется на экзопланетах в "обитаемой зоне" звезды, где температуры позволяют воде оставаться жидкой на поверхности. Однако экзопланета, слишком далёкая и холодная, всё же может иметь подлёдный океан, если у неё достаточно внутреннего тепла.

Так обстоит дело в нашей Солнечной системе: у Европы (спутника Юпитера) и Энцелада (спутника Сатурна) есть подповерхностные океаны, поскольку они нагреваются приливными силами от гравитации планеты-хозяина и соседних лун.

Эти подлёдные океаны могут содержать жизнь, если у них есть другие необходимые условия, такие как источник энергии, а также элементы и соединения, используемые в биологических молекулах. На Земле целые экосистемы процветают в полной темноте на дне океанов у гидротермальных источников, которые обеспечивают энергию и питательные вещества.

"Наши анализы предсказывают, что эти 17 миров могут иметь покрытые льдом поверхности, но получать достаточно внутреннего тепла от распада радиоактивных элементов и приливных сил от их звёзд, чтобы поддерживать внутренние океаны", — сказала доктор Линнэ Куик из Центра космических полётов имени Годдарда NASA.

"Благодаря количеству внутреннего нагрева, который они испытывают, все планеты в нашем исследовании также могут проявлять криовулканические извержения в форме гейзероподобных струй". Куик — ведущий автор статьи об исследовании, опубликованной в Astrophysical Journal.

Команда рассмотрела условия на 17 подтверждённых экзопланетах, примерно равных по размеру Земле, но менее плотных, что предполагает наличие у них значительного количества льда и воды вместо более плотной породы. Хотя точный состав планет неизвестен, первоначальные оценки их поверхностных температур из предыдущих исследований указывают, что они намного холоднее Земли, а их поверхности могут быть покрыты льдом.

Исследование улучшило оценки поверхностной температуры каждой экзопланеты, пересчитав их, используя известную поверхностную яркость и другие свойства Европы и Энцелада в качестве моделей. Команда также оценила общий внутренний нагрев на этих экзопланетах, используя форму орбиты каждой для расчёта тепла от приливов и добавляя его к теплу от радиоактивной активности.

Оценки поверхностной температуры и общего нагрева позволили определить толщину ледяного слоя для каждой экзопланеты, поскольку океаны охлаждаются и замерзают у поверхности, нагреваясь изнутри. Наконец, эти цифры сравнили с данными по Европе и использовали оценённые уровни гейзерной активности на Европе в качестве консервативного базиса для оценки активности на экзопланетах.

Прогнозы исследования:

• Поверхностные температуры оказались холоднее предыдущих оценок на величину до 60 градусов по Фаренгейту (16 °C).
• Расчётная толщина ледяной оболочки варьировалась от примерно 190 футов (58 м) для Proxima Centauri b и одной мили (1,6 км) для LHS 1140 b до 24 миль (38,6 км) для MOA 2007 BLG 192Lb. Для сравнения, средняя оценка для Европы — 18 миль (почти 29 км).
• Расчётная гейзерная активность составила от всего 17,6 фунтов в секунду (~8 кг/с) для Kepler 441b до 639 640 фунтов/с (290 000 кг/с) для LHS 1140b и 13,2 млн фунтов/с (6 млн кг/с) для Proxima Centauri b. Активность на Европе оценивается в 4400 фунтов/с (2000 кг/с).

"Поскольку наши модели предсказывают, что океаны могут находиться относительно близко к поверхности Proxima Centauri b и LHS 1140 b, а их уровень гейзерной активности может превышать европейский в сотни и тысячи раз, телескопы с наибольшей вероятностью обнаружат геологическую активность именно на этих планетах", — сказала Куик.

Эту активность можно будет увидеть, когда экзопланета проходит перед своей звездой. Определённые цвета звёздного света могут быть ослаблены или заблокированы водяным паром от гейзеров. "Спорадические обнаружения водяного пара, количество которого меняется со временем, будут указывать на наличие криовулканических извержений", — пояснила Куик.

Вода может содержать другие элементы и соединения, которые могут показать, способна ли она поддерживать жизнь. Поскольку элементы и соединения поглощают свет на определённых "сигнатурных" длинах волн, анализ звёздного света позволит учёным определить состав гейзеров и оценить потенциал обитаемости экзопланеты.

Для таких планет, как Proxima Centauri b, которые с нашей точки зрения не пересекают диск своей звезды, гейзерную активность можно обнаружить с помощью мощных телескопов, способных измерять свет, отражаемый экзопланетой при обращении вокруг звезды. Гейзеры будут выбрасывать ледяные частицы на поверхность экзопланеты, что сделает её очень яркой и отражающей.