«Горячие океаны» — новый класс потенциально обитаемых планет

Астрономы выделили новый класс экзопланет, на которых в принципе возможна жизнь. Это крупные горячие планеты, в основном покрытые океаном и обладающие плотной водородной атмосферой. По размерам и массе они в несколько раз больше Земли, и их легче обнаружить и исследовать по сравнению с планетами земной группы. Газы-биомаркеры в их атмосфере можно будет искать при помощи готовящегося к запуску космического телескопа Джеймса Уэбба.

Рассматривая планеты-кандидаты для возможной внеземной жизни, астрономы в основном обращают внимание на экзопланеты, условия на которых напоминают земные — то есть их размеры, масса, температура на поверхности и состав атмосферы похожи на параметры Земли. Из потенциально обитаемых планет, в частности, сразу исключаются газовые гиганты, и основное внимание уделяется «каменным планетам» в зоне обитаемости — с температурой, допускающей существование воды в жидкой фазе. Некоторые исследования выделяют «сверхобитаемые Земли» — экзопланеты, условия на которых, насколько можно судить, даже более пригодны для жизни, чем Земля.

Астрономы обратили внимание на часть открытых каменных планет с необычными свойствами, которые выпадают за пределы стандартной зоны обитаемости, в частности, температура на них слишком высокая для жидкой воды (при обычных давлениях). Однако такие планеты обладают очень плотной атмосферой, и термодинамические условия на их поверхности допускают существование жидкой фазы. Открытием стало недавнее обнаружение в атмосфере некоторых из таких планет, похожих на суперземли, водяного пара.

Для этого класса экзопланет предложили термин «Hycean planets». Название образовано сложением слов «водород» и «океан» (Hydrogen + Ocean) и отражает их видовую особенность: сверхглубокие океаны, возможно, один океан, покрывающий всю планету, и плотная атмосфера, богатая водородом. Статья этого цикла исследований вышла в августе 2021 года в The Astronomical Journal.

Планеты этого класса могут быть в несколько раз больше, чем Земля, с температурой атмосферы порядка 120º — 200ºC. По своим свойствам они находятся между более знакомыми классами экзопланет — суперземлями и мининептунами. Из-за высокой температуры и давления в атмосфере такие планеты раньше исключались из возможных кандидатов в обитаемые миры. Характерными для этого класса планет являются радиусы около 2,6 радиуса Земли и массы 5—10 земных. Из-за того, что значительную часть такой планеты занимает вода, средняя плотность её вещества существенно ниже, чем у суперземель и приближается к мининептунам. Планеты могут находиться достаточно близко к своим звёздам — как правило, карликам K- и M-типа, что также облегчает их поиск. Может быть, их плотная атмосфера дополнительно защищает поверхность планет от вспышек излучения от близкой звезды, что увеличивает шансы на существование там жизни.

Подкласс «водородно-океанических планет» включает «чёрные» Hycean-миры — планеты, вращающиеся слишком близко к своей звезде и находящиеся в приливном захвате. У них к звезде постоянно обращена одна сторона (как у Луны по отношению к Земле), и температура на этой «дневной» стороне, очевидно, неприемлема для жизни. Зато допустимое пространство для жизни может сохраняться на их обращённой от звезды стороне.

Этот тип планет встречается в Галактике довольно часто. Во всяком случае их, как и суперземли, легче обнаружить по сравнению с планетами размером с Землю. Если на них есть микробная жизнь, она может существовать в условиях, сходных с теми, в которых обитают некоторые земные организмы-экстремофилы. В частности, эти экосистемы на Земле существуют в океанах вблизи «чёрных курильщиков» — подводных вулканов с горячими источниками. Таких планет открыто уже сравнительно много, а условия на них дают дополнительные возможности для поиска биосигнатур — кислорода, метана и других характерных газов. Большие размеры и  более высокие температуры по сравнению с земными планетами в «обычной» зоне потенциальной обитаемости позволяют легче исследовать спектр атмосферы при транзите планеты перед её звездой. Такие наблюдения можно будет делать на новом космическом телескопе Джеймса Уэбба JWST (James Webb Space Telescope), который готовится к запуску в этом году.

Источник: ХХ2 век