Инопланетные миры, сильно отличающиеся от Земли, могут оставаться пригодными для жизни в течение миллиардов лет

Наш шаблон для определения обитаемости экзопланет - это всего лишь один мир во всем космосе: Земля. Наш дом - единственная планета, на которой, как мы знаем наверняка, возникла жизнь.

Но условия для жизни, как мы ее знаем, могут не ограничиваться планетами, похожими на Землю, и теперь ученые определили один вид экзопланет, на которых условия могут оставаться пригодными для жизни в течение миллиардов лет.

Ключ к разгадке - в жидкой воде, которая остается там надолго. Здесь, на Земле, наличие жидкой воды было жизненно важным для зарождения жизни. Таким образом, экзопланеты, способные удерживать жидкую воду, имеют больше шансов на зарождение жизни в нашем нынешнем понимании.

Новое исследование, проведенное под руководством астронома Марит Мол Лоус из Цюрихского университета в Швейцарии, показывает, что хорошая, плотная атмосфера из водорода и гелия может поддерживать температуру и условия, подходящие для жизни, в течение очень долгого времени.

"Одна из причин, по которой на Земле может существовать жидкая вода, - это ее атмосфера", - говорит астрофизик-теоретик Равит Хеллед из Цюрихского университета в Швейцарии.

"Благодаря естественному парниковому эффекту она удерживает нужное количество тепла, создавая условия для океанов, рек и дождей".

Однако атмосфера Земли не всегда выглядела так, как сегодня. Сейчас она состоит в основном из азота, затем кислорода и лишь в незначительных количествах водорода и гелия.

Когда планета только формировалась, у нее была так называемая первобытная атмосфера, состоящая в основном из водорода и гелия - основных составляющих облака пыли и газа, из которого образовались Солнце и Солнечная система.

Земля потеряла свою первобытную атмосферу довольно рано, вероятно, в результате нескольких процессов, включая облучение от очень горячего молодого Солнца и метеоритную бомбардировку.

Но возможно, что экзопланеты типа суперземли - более массивные, чем Земля, но менее массивные, чем Нептун - смогут сохранять свою первобытную атмосферу гораздо дольше, чем Земля.

"Такие массивные первобытные атмосферы могут также вызывать парниковый эффект - во многом подобно сегодняшней атмосфере Земли", - объясняет Хеллед. "Поэтому мы хотели выяснить, могут ли такие атмосферы способствовать созданию необходимых условий для существования жидкой воды".

Чтобы провести это исследование, команда обратилась к моделированию экзопланет с различными массами ядра, массами атмосфер и орбитальными расстояниями от звезд-хозяев, которые команда смоделировала как Солнцеподобные.

Результаты показали, что экзопланеты с толстой первобытной атмосферой действительно могут быть достаточно теплыми, чтобы поддерживать наличие жидкой воды в течение 10 миллиардов лет.

Но есть и оговорки. Чтобы избежать интенсивного звездного излучения, которое может разрушить первобытную атмосферу, экзопланета должна находиться на довольно большом расстоянии от звезды - примерно в два раза дальше, чем Земля от Солнца. Для Солнечной системы это настолько далеко от Солнца, что любая вода на поверхности планеты, скорее всего, будет заморожена.

Но Солнце - не единственный источник тепла, которым может пользоваться планета; некоторые планеты, в том числе и Земля, могут генерировать собственное тепло. Это может происходить различными путями, например, геотермальными процессами или наличием радиоактивных элементов, которые выделяют тепло при распаде.

Таким образом, если экзопланета супер-Земля на таком расстоянии от звезды-хозяина имеет как первобытную атмосферу, так и достаточный внутренний нагрев для поддержания тепла, то условия для существования жидкой воды на поверхности будут соблюдены, говорят исследователи.

"Для многих это может стать сюрпризом", - говорит астрофизик-теоретик Кристоф Мордасини из Бернского университета.

Астрономы обычно ожидают, что жидкая вода будет появляться в регионах вокруг звезд, которые получают правильное количество радиации: не слишком много, чтобы вода не испарялась, и не слишком мало, чтобы она вся не замерзла".

"Поскольку наличие жидкой воды является вероятным условием для возникновения жизни, а жизни, вероятно, потребовались многие миллионы лет, чтобы возникнуть на Земле, это может значительно расширить горизонты для поиска инопланетных форм жизни. Судя по нашим результатам, она может возникнуть даже на так называемых свободно плавающих планетах, которые не вращаются вокруг звезды".

Эта модель внутреннего нагрева гипотетически может поддерживать жизнь на мирах с толстой ледяной оболочкой, таких как луна Сатурна Энцелад и луна Юпитера Европа, а также на лунах, вращающихся вокруг экзопланет-изгоев, дрейфующих без привязи по всей Галактике.

Для модели, разработанной командой, необходимо, чтобы многие части оказались в нужном месте в нужное время. Это не невозможно - в конце концов, Земля существует, как и вся жизнь на ней - но это может произойти не сразу.

"Хотя наши результаты очень интересны, их следует рассматривать с долей соли. Для того чтобы на таких планетах долгое время существовала жидкая вода, они должны иметь соответствующее количество атмосферы. Мы не знаем, насколько это распространено", - говорит Мордасини.

"И даже при правильных условиях неясно, насколько вероятно возникновение жизни в такой экзотической потенциальной среде обитания. Это вопрос для астробиологов. Тем не менее, своей работой мы показали, что наше представление о планете, пригодной для жизни, ориентированное на Землю, может быть слишком узким".

Исследование было опубликовано в журнале Nature Astronomy.