Суперземли могут оставаться обитаемыми десятки миллиардов лет

Условия на Земле стали подходящими для жизни несколько миллиардов лет назад, и еще через несколько миллиардов лет она снова станет необитаемой. Однако некоторые экзопланеты, массивные суперземли, теоретически способны поддерживать жизнь намного дольше, иногда — более 80 миллиардов лет. К такому выводу пришли авторы новой статьи, опубликованной в журнале Nature Astronomy.

Суперземлями называют крупные экзопланеты с твердой поверхностью массой до 10 масс Земли — в разы крупнее нашей, но меньше, чем у небольших газовых планет, подобных Нептуну. В Солнечной системе суперземель нет — возможно, появиться такой планете помешал Юпитер, «проглотивший» ее зародыш. Однако телескопы обнаруживают немало суперземель у других звезд Млечного Пути. Мол Луис (Mol Lous) и ее коллеги из Цюрихского университета (Швейцария) рассмотрели подкласс «холодных суперземель», которые вращаются на приличном удалении от своих звезд и сохраняют умеренную температуру.

Расчеты показывают, что такие прохладные миры способны удерживать первичную атмосферу (состоящую в основном из водорода и гелия) на протяжении миллиардов лет, причем плотность ее в 100-1000 раз больше земной. Под этой плотной оболочкой на поверхности может существовать жидкая вода, а новое моделирование показало, что она способна сохраняться на протяжении очень долгого срока, более чем достаточного для появления и развития жизни.

Стоит заметить, что поиски экзопланет обычно ведут по изменениям блеска или точного положения звезды, которые вызываются вращением близкой планеты. Поэтому большинство найденных телескопами суперземель имеют довольно тесные орбиты, а новое исследование было проведено теоретически — без наблюдений, с использованием лишь математических моделей. Швейцарские астрономы провели более тысячи симуляций эволюции суперземель разной массы, с разными атмосферами и орбитами вокруг звезд солнечного типа.

Работа показала, что слишком тесная орбита приводит к постепенной эрозии и потере атмосферы под действием потока частиц звездного ветра. Однако на достаточном удалении — большем, чем орбита Марса в Солнечной системе — водородно-гелиевая атмосфера способна не только сохраняться долгое время, но и нагревать планету за счет парникового эффекта. По оценкам ученых, в таком состоянии суперземля способна оставаться пять-восемь миллиардов лет, пока ее материнская звезда не приблизится к последним этапам жизни и не начнет превращаться в красного гиганта.

Впрочем, возможны и более экзотические варианты. Случайная игра гравитации способна выбросить суперземлю прочь из ее материнской системы и отправить в свободный полет в виде «планеты-сироты», не связанной ни с какой звездой. Расчеты говорят о том, что при достаточной массе (10 земных) и достаточно плотной атмосфере такая одинокая суперземля может оставаться потенциально обитаемой невероятные 84 миллиарда лет. Этот срок намного превышает возраст нашей Вселенной и весь срок, в течение которого в ней будут существовать звезды.

Жизнь на свободнолетящей суперземле должна резко отличаться от нашей. Если она развилась на такой планете, то адаптировалась к ее условиям, совершенно непохожим на земные, с отсутствием света и огромным атмосферным давлением. Впрочем, и на нашей планете известны почти изолированные экосистемы, существующие в похожих условиях, — например, у «черных курильщиков» на дне океанов. Основным источником энергии для местных организмов выступает не фотосинтез, а хемосинтез, и в свете они не нуждаются.