Ученые определили условия, при которых жизнь возможна на мини-нептунах, окруженных плотной водородной атмосферой — «водородокеанах», — и уже готовятся к наблюдениям одной из них.
Поверхность «водородокеана»: взгляд художника / ©Amanda Smith, University of Cambridge
Земля — единственный известный нам пример обитаемой планеты. Поэтому в поисках возможной жизни вне нее ученые обращаются прежде всего к похожим мирам. Впрочем, существуют и варианты: например, активно обсуждается вопрос о возможности жизни на планетах-океанах. А благодаря новой работе астрономов из Кембриджского университета к числу потенциально населенных можно отнести планеты особого типа, покрытые водой и водородной атмосферой. Об этом Никку Мадхусудхан (Nikku Madhusudhan) и его коллеги пишут в статье, опубликованной в The Astrophysical Journal.
В Солнечной системе подобных миров нет. Их можно назвать «гибридами» планет-океанов с мини-нептунами — газовыми карликами. Вся поверхность такой планеты покрыта океаном жидкой воды, который окружает плотная, богатая водородом атмосфера. Поэтому Мадхусудхан и его соавторы называют эти миры Hycean («водородокеаны») — от «водород» (hydrogen) и «океан» (ocean). В своей новой статье они дают список подходящих планет-кандидатов, расположенных не слишком далеко от Земли, и описывают биомаркеры возможной жизни на них.
Работа началась с изучения мини-нептуна K2-18b, который считается потенциально обитаемым. Такие миры всего в несколько раз крупнее Земли (радиус K2-18b составляет 2,7 земного, масса — 8,5 земной) и окружены толстой оболочкой из летучих веществ: атмосферой, в которой доминирует водород, и, возможно, жидким океаном. Считается, что давление плотной атмосферы слишком велико, чтобы под ней могла существовать хоть какая-то жизнь. Однако в 2020 году Мадхусудхан с соавторами показали, что при некоторых условиях такое вполне возможно.
Теперь они уточнили «требования» к обитаемым мини-нептунам. В своей новой статье они пишут, что масса таких планет должна находиться в пределах от 2,6 до 10 земных. Тогда давление у поверхности океана будет оставаться вполне приемлемым для жизни. А вот расстояние до звезды может колебаться в широких пределах: даже на значительном удалении планету будет согревать парниковый эффект, создаваемый водородной атмосферой. Такие миры ученые и называют Hycean — «водородокеаны». Они даже упоминают «темные водородокеаны», которые находятся близко к своей звезде и всегда обращены к ней одним полушарием, так что жизнь возможна только на «ночной» стороне, скрываясь от мощного излучения и радиации.
По оценкам Мадхусудхана и его коллег, при соблюдении подходящих условий жизнь может занимать значительный объем таких океанов — вплоть до глубин больших, чем где-либо на Земле. Однако в столь непростых условиях, включая дефицит питательных веществ и мощное ультрафиолетовое излучение у поверхности, организмы вряд ли способны уйти дальше сравнительно примитивных форм. Ученые нашли 11 известных экзопланет-кандидатов в обитаемые «водородокеаны», и K2-18b — самый перспективный из них.
Астрономы перечисляют и биомаркеры потенциальной жизни на «водородокеанах» — вещества, обнаружение которых в атмосфере с большой вероятностью указывает на биологическую активность. На Земле это, например, озон и метан. А в лишенной свободного кислорода атмосфере подобных планет роль биомаркеров могут играть молекулы диметилсульфида и метилхлорида.
Ученые считают, что плотная газовая оболочка «водородокеанов» облегчит поиски этих соединений: у планет земного типа она намного слабее, и рассмотреть ее тяжелее. Возможно, такую работу сможет провести космический телескоп James Webb, готовящийся к полету. Наблюдения K2-18b на нем уже запланированы.
