Исследование свойств, позволяющих спутникам сохранять жидкую воду и, возможно, поддерживать жизнь

Жидкая вода — один из важнейших ингредиентов для возникновения жизни на Земле. Исследователи из кластера ORIGINS в области астрофизики, астрохимии и биохимии в рамках нового междисциплинарного сотрудничества определили необходимые свойства, которые позволяют спутникам вокруг свободно летящих планет сохранять жидкую воду достаточно долго и, таким образом, сделать возможной жизнь.

Исследование опубликовано в International Journal of Astrobiology.

Для возникновения жизни на Земле жидкая вода была ключевым компонентом. Учёные предполагают, что и в других местах наличие жидкой воды играет решающую роль в химической эволюции, которая может привести к возникновению жизни.

Внутри и за пределами нашей Солнечной системы обитаемая зона определяет кольцевую область вокруг центральной звезды, где планеты не слишком горячи и не слишком холодны для жидкой воды. Спутники также могут быть обитаемыми — даже если они принадлежат планетам за пределами обитаемой зоны. В этом случае у них должен быть источник тепла, отличный от звёздного, например, изменяющиеся приливные силы. Действительно, у спутника Сатурна Энцелада есть океан жидкой воды под ледяной корой благодаря приливному нагреву.

Спутники вокруг свободно летящих планет могут быть обитаемыми

Открытие десятков свободно летящих планет (FFPs) в нашей галактике изменило понимание ранней эволюции планетных систем и теорий формирования планет. Эти одинокие странники, вероятно, были выброшены из своих планетных систем динамической нестабильностью и больше не имеют родительской звезды. Однако, если у них есть спутники на тесных орбитах, они могут гравитационно удерживать их. Это лучше всего работает для планет типа Юпитера со спутниками размером с Землю. Таким образом появляются новые, неожиданные места, где могла бы сформироваться жизнь.

В предыдущем исследовании жидкой воды на спутниках беззвёздных планет учёные из кластера ORIGINS показали, что спутники размером с Землю вокруг планет типа Юпитера действительно могут иметь жидкую воду. Их результаты показали, что возможное количество воды на лунных поверхностях составляет лишь часть от общего объёма всех земных океанов, что всё равно в сто раз превышает содержание воды в атмосфере Земли. Этого количества уже достаточно, чтобы сделать возможными химические процессы, ведущие к жизни. Локальные циклы «влажно-сухо» (испарение и конденсация), как недавно показано в исследовании первых стадий эволюции учёными ORIGINS, обеспечивают необходимую химическую сложность, которая может способствовать накоплению молекул и полимеризации РНК.

Астрофизика встречается с биохимией

Орбита экзоспутников вокруг FFPs со временем становится менее эксцентричной и, следовательно, более круговой. Это уменьшает приливные силы и, соответственно, эффективность нагрева. В уникальном сотрудничестве аспирантка Джулия Роккетти (ESO, ранее магистрант LMU) под руководством учёных ORIGINS — профессора Барбары Эрколано (LMU, астрофизика), доктора Каран Молавердихани (LMU), доктора Томмазо Грасси (MPE, астрохимия) и профессора Дитера Брауна (LMU, биохимия) — разработала новую, реалистичную модель, которая может рассчитывать эволюцию лунных орбит на длительных временных масштабах. Это масштабы в несколько миллиардов лет, необходимые для эволюции жизни.

«Таким образом, — объясняет Джулия Роккетти, — мы обнаружили, что экзоспутники с малыми орбитальными радиусами не только имеют наибольшие шансы пережить выброс своей планеты из планетной системы, но и дольше всего остаются эксцентричными и, следовательно, могут оптимально производить приливное тепло». Кроме того, плотные атмосферы способствуют сохранению жидкой воды. В итоге, спутники размером с Землю с атмосферой, подобной венерианской, на тесных орбитах вокруг своих планет-сирот, являются интересными новыми кандидатами в обитаемые миры.