Может ли жизнь существовать на холодных экзоземлях? Возможно, под ледяными щитами

Новое исследование в Nature Communications показывает, что на планетах с ледяной поверхностью за пределами классической зоны обитаемости может существовать жидкая вода благодаря геотермальному теплу.

Источник тепла и воды

На таких холодных экзоземлях тепло для плавления льда исходит не от звезды, а от самой планеты. Базальное таяние (basal melting) ледников — процесс, при котором геотермальный тепловой поток и трение при движении ледника повышают температуру у основания ледяного щита до точки плавления — может создавать устойчивые слои жидкой воды подо льдом или между его слоями.

"На таких холодных ледяных экзоземлях базальное таяние региональных/глобальных ледяных щитов геотермальным теплом предоставляет альтернативный способ образования жидкой воды", — пишут авторы.

Условия для жизни

Эти подледниковые океаны могут существовать миллиарды лет благодаря долгоживущим радиоактивным элементам в недрах планеты. Вода в них контактирует с горными породами (что важно для геохимии) и защищена толстым слоем льда от высокоэнергетического излучения звезды — оба фактора критичны для обитаемости.

Особенности суперземель и красных карликов

На массивных суперземлях высокая гравитация может приводить к образованию множества фаз льда с разной плотностью, создавая слои, которые могут удерживать воду между собой.

Исследование особенно актуально для планет у M-карликов (красных карликов), которые составляют 75% звезд Галактики. Многие такие планеты могут быть приливно заблокированы, создавая условия "звездного глазного яблока", где одна сторона слишком облучаема для жизни. Однако, если ледник покроет всю планету (включая сторону, обращенную к звезде), жизнь потенциально может существовать подо льдом, аналогично спутникам в Солнечной системе, таким как Европа и Ганимед.

Прецеденты и моделирование

В истории Земли во время глобальных оледенений ("Земля-снежок") под ледяным покровом сохранялись обширные водоемы жидкой воды благодаря геотермальному теплу. Базальное таяние могло также играть роль в истории Марса.

Моделирование для ледяных щитов толщиной 1 км показывает, что планеты с более высокой поверхностной температурой (T_s) требуют меньше геотермального тепла для запуска базального таяния.

В качестве примеров рассматриваются:

• Проксима Центавра b — ближайшая к нам экзопланета.
• LHS 1140 b — суперземля с массой в 7 раз больше земной и поверхностной гравитацией в 2.5 раза сильнее. На таких планетах ледяные щиты могут достигать толщины 75 км.

Вывод

Несмотря на множество переменных (толщина льда, теплоперенос и др.), авторы подчеркивают, что базальное таяние может происходить относительно легко.

"Основная цель этой статьи — продемонстрировать относительную легкость, с которой может быть достигнуто базальное таяние на экзоземлях, вращающихся вокруг M-карликов", — заключают они.

Если хотя бы у нескольких из известных экзопланет есть толстая (>несколько км) гидросфера, то жидкая вода благодаря базальному таянию может присутствовать на них даже при умеренном тепловом потоке. Это расширяет потенциальные границы поиска обитаемых миров.