Вода образуется естественным образом при формировании планет

Новое исследование, опубликованное в Nature учёными из Института Карнеги Франческой Миоцци и Анат Шахар, показывает, что самый распространённый тип планет в нашей галактике может быть богат жидкой водой. Это происходит из-за взаимодействия между магматическими океанами и первичными атмосферами на ранних этапах их формирования.

Из более чем 6000 известных экзопланет в Млечном Пути наиболее распространены так называемые субнептуны. Они меньше Нептуна, но массивнее Земли, и, как считается, имеют каменистые недра с толстыми атмосферами, богатыми водородом.

Это делает их хорошими кандидатами для проверки гипотез о том, как каменистые планеты, подобные нашей, приобрели обилие воды — критически важного элемента для возникновения жизни на Земле и фундаментального компонента обитаемости планет.

Ранее математическое моделирование показало, что взаимодействие между атмосферным водородом и богатыми железом магматическими океанами во время формирования планеты может производить значительное количество воды. Однако комплексные экспериментальные проверки этого предполагаемого источника планетарной воды до сих пор не проводились.

Международная команда под руководством Миоцци и Шахар воссоздала условия, при которых такие взаимодействия между водородом (представляющим раннюю планетарную атмосферу) и железосодержащим силикатным расплавом (представляющим формирующийся магматический океан) происходили бы на молодой планете.

Для этого они сжимали образцы до давления, почти в 600 000 раз превышающего атмосферное (60 гигапаскалей), и нагревали их до температуры свыше 4000 градусов Цельсия (7200 °F).

Такая экспериментальная среда имитирует критическую фазу эволюции каменистой планеты. Эти тела формируются из диска пыли и газа вокруг молодой звезды. Материал аккрецирует в тела, которые сталкиваются, становясь больше и горячее, и в итоге плавятся, образуя обширный магматический океан. Молодые планеты часто окружены толстой оболочкой из молекулярного водорода, H₂, которая действует как "тепловое одеяло", поддерживая магматический океан миллиарды лет до его остывания.

Ключевые результаты эксперимента:

• Показано, что в расплав растворяется обильное количество водорода.
• Продемонстрировано, что значительные объёмы воды образуются в результате восстановления оксида железа молекулярным водородом.

Вместе эти выводы показывают, что огромные количества водорода могут храниться в магматическом океане одновременно с образованием воды. Это имеет серьёзные последствия для физических и химических свойств недр планеты, потенциально влияя также на формирование ядра и состав атмосферы.

Работа является частью междисциплинарного проекта AEThER, объединяющего экспертов в астрономии, космохимии, планетной динамике, петрологии, физике минералов и других областях для ответа на фундаментальные вопросы об условиях обитаемости каменистых планет.