Блуждающими планетами называют миры, плавающие в межзвездном пространстве вдали от любых звезд. Обычно их считают безнадежными с точки зрения поиска жизни. Однако последнее исследование показывает, что это может быть не так.
Механизм поглощения тепла в водородных атмосферах
Астрономы открыли сотни экзопланет, дрейфующих через межзвездное пространство, большинство из них, вероятно, были выброшены из своих родительских систем из-за сильных гравитационных столкновений в древнем прошлом. После изгнания эти блуждающие миры, вероятно, стали очень холодными и темными — по словам некоторых астрономов, их спутники могли испытать более интересную судьбу.
При условии, что у них есть плотные атмосферы, в которых преобладает водород, спутники, вращающиеся вокруг блуждающих экзопланет, могли бы сохранять большую часть тепла, генерируемого глубоко в их недрах приливными силами. Под руководством Дэвида Дальбюддинга из Института внеземной физики имени Макса Планка и Джулии Роччетти из Европейского космического агентства новое исследование прогнозирует, что водород может действовать как мощный парниковый газ — потенциально обеспечивая пригодные для жизни условия в течение миллиардов лет после того, как их планеты-хозяева впервые будут выброшены из своих звездных систем.
Во время хаоса выброса орбита спутника может стать очень вытянутой, из-за чего она непрерывно растягивает и сжимает гравитацию планеты-хозяина. Аналогично Европе и Энцелада в нашей Солнечной системе, эти приливные силы могли бы генерировать большие объемы внутреннего тепла. Если атмосфера такой луны была бы нестабильна настолько, что газы конденсируются в жидкую форму, большинство этого приливного тепла просто излучалось бы в космос. Но ситуация могла быть совсем другой для атмосфер с высоким давлением, которые доминируются водородом.
В современной атмосфере Земли молекулы водорода (простые пары соединенных атомов) почти не способствуют нагреву, но под высоким давлением они могут поглощать тепло через процесс, известный как поглощение, индуцированное столкновением. При кратковременных столкновениях молекулы водорода формируют супрамолекулярные комплексы: временные соединения, удерживаемые вместе слабыми, нековалентными связями.
Эти комплексы гораздо более эффективно поглощают инфракрасное излучение, чем связи внутри изолированных молекул водорода, и могут сравниться по поглощению с мощными парниковыми газами, такими как углекислый газ и метан.
В результате в некоторых предыдущих исследованиях рассматривался вопрос о том, какое количество энергии, генерируемой внутри луны или даже новообразованных планет, может эффективно удерживаться в плотной водородной атмосфере. Такие атмосферы могли бы нагреваться без крупномасштабной конденсации, которая мешала более ранним моделям, где преобладал углекислый газ.
«Такая экзолуна могла бы иметь поверхностные температуры, достаточные для того, чтобы вода оставалась в жидком состоянии без соседней звезды, что значительно расширяет возможности появления жизни во Вселенной», — объясняет Дальбюддинг.
Симуляции показывают условия, пригодные для жизни
На данный момент лучший способ изучить эти экзотические среды — с помощью моделирования. Как объясняет Дальбюддинг, эти симуляции позволяют исследователям отслеживать, как атмосфера и орбита спутника меняются в течение миллиардов лет после его выброса планетой.
«Мы объединили точные расчеты температур атмосферы с оценкой химического состава, главным образом посредством конденсации, — говорит он. — Это позволяет получить наиболее реалистичные, хотя и по-прежнему приблизительные, модели таких спутников на сегодняшний день».
Кроме того, исследователи учли последние теоретические знания о том, как изменяются орбиты экзоспутников со временем. Благодаря исследованиям, ученые смогли рассчитать максимальное время пребывания спутника в «зоне, пригодной для жизни».
Расчеты команды показывают, что в самых густых атмосферах, где преобладает водород (достигая 100 раз давления на поверхности Земли), эффект абсорбции, вызванной столкновениями, создает условия достаточно теплые и стабильные, чтобы поддерживать жидкую воду. В некоторых случаях такие «пригодные для жизни» условия могут сохраняться до 4,3 млрд лет после того, как планету выбросило из ее звездной системы — почти столько же, сколько существует Земля.
Параллели с ранней Землей
За пределами моделирования дальних экзолун, исследователи предполагают, что их выводы также могут пролить свет на прошлое самой Земли. До появления жизни атмосфера нашей планеты могла быть гораздо богаче водорода, чем сегодня, и периодически подвергаться давлению из-за частых ударов астероидов — условий, которые могли усиливать поглощение, вызванное столкновением.
Такие среды могли способствовать образованию и репликации РНК-молекул, помогая, наконец, начать процесс эволюции жизни на Земле.
По материалам phys.org
