Полученные в ходе исследований результаты указывают на то, что вода, возможно, является не редким космическим стечением обстоятельств, а неизбежным следствием формирования планет, что делает её гораздо более распространённой в галактике, чем считали учёные ранее. Вода — это жизнь, по крайней мере, в том виде, в каком мы её знаем. Все формы жизни на Земле используют жидкую воду, и исследователи, изучающие происхождение жизни, считают, что сложная химия жизни, вероятно, зародилась либо в тёплом водоёме на поверхности Земли, либо вблизи глубоководного океанического гидротермального источника. Поэтому планетологи проявляют особый интерес к внеземным местам, где есть жидкая вода. Согласно имеющимся данным об экзопланетах, суперземли и субнептуны считаются наиболее распространенными классами планет в нашей галактике, и часть из них, вероятно, являются водными мирами. Однако эти планеты большие, и взаимодействие воды в их океанах и горных пород в их недрах будет определять, насколько пригодными для жизни они могут быть.
До 95% воды на экзопланете может быть навсегда заключено глубоко внутри ее железного ядра, что изменит наши представления о водных мирах и потенциально сделает их еще более пригодными для жизни, чем мы предполагали.
«На планетах воды гораздо больше, чем предполагалось ранее», — заявила в своем заявлении Каролина Дорн, профессор экзопланет в Швейцарском федеральном технологическом институте (ETH Zurich). Результаты исследования были опубликованы 20 августа 2024 года в журнале Nature Astronomy
Когда планеты образуются в результате аккреции обломков и столкновений с другими протопланетами, они нагреваются настолько, что вся их поверхность покрывается океаном расплавленной породы. Эта магма со временем остывает, образуя богатую силикатами мантию и твердую кору, покрывающую глубокое ядро из расплавленного железа, которое формируется с течением времени по мере того, как более тяжелые материалы опускаются к центру планеты.
Среди материалов, из которых состоят планеты, есть вода, и на ранних стадиях развития планеты вода присутствует и растворена в магматическом океане. Предыдущие исследования показали, что молодые планеты, схожие по размеру и массе с Землей — и, следовательно, имеющие относительно умеренное внутреннее давление и температуру — способны притягивать растворенную в магме воду к своему ядру. Действительно, одно исследование показало, что Земля содержит по меньшей мере в десятки раз больше воды в своем недрах, чем на поверхности в виде наших привычных океанов.
Значительная часть железа изначально содержится в горячем магматическом супе в виде капель. Вода в магме может соединяться с этими железными каплями, когда они опускаются к ядру. Железные капли ведут себя как плот, который переносится вниз водой.
Это хорошо для планет размером с Землю, но многие из каменистых экзопланет, открываемых астрономами, намного крупнее Земли. Эти так называемые суперземли могут иметь массу в 10 раз больше нашей планеты, но до сих пор неясно, могут ли такие миры с их более экстремальными внутренними условиями забирать воду из магматического океана, как это происходило на Земле.
Каменистые планеты, на поверхности которых существовали или, возможно, до сих пор существуют магматические океаны, способны втягивать большое количество воды в свое ядро. ESO/L. Calçadа
Используя компьютерное моделирование для понимания того, как вода взаимодействует с расплавленной магматической поверхностью молодой, горячей каменистой планеты, Дорн вместе с исследователями Хайянгом Луо и Цзе Дэном из Принстонского университета ответили на этот вопрос, обнаружив, что даже на суперземлях большая часть воды может оказаться в ее недрах.
Чем больше планета и чем больше её масса, тем больше воды стремится увлечься каплями железа и интегрироваться в ядро. При определённых условиях железо может поглощать до 70 раз больше воды, чем силикаты. Однако из-за огромного давления в ядре вода больше не принимает форму молекул H2O, а присутствует в виде водорода и кислорода.
Эта вода находится на такой глубине, что навсегда заперта в ядре планеты, и добраться до неё невозможно, поэтому она бесполезна для жизни на поверхности или вблизи неё. Однако она могла бы способствовать обитаемости другими способами.
Измеряя массу и радиус экзопланет — используя, соответственно, измерения радиальной скорости методом Доплера и транзиты — мы можем рассчитать плотность этих миров (разделив массу планеты на ее объем, который рассчитывается исходя из ее радиуса). Плотность некоторых экзопланет предполагает, что значительная часть, возможно, до четверти их массы, состоит из воды.
Ранее предполагалось, что эта вода присутствует на поверхности в виде океана глубиной в десятки километров, но если новые исследования верны, то на самом деле большая часть воды находится внутри планеты. Хотя вода необходима для жизни, планета, на поверхности которой есть только вода (и нет суши), может быть непригодна для жизни. Например, питательные вещества, необходимые для жизни, смываются в море с суши, и этот же процесс стока является жизненно важной частью углеродного цикла, поддерживающего климат планеты в течение длительных периодов времени.
Дорн считает, что предполагаемые «гицеанские» миры — названные так в честь сочетания слов «водород» и «океан» — заслуживают дальнейшего исследования, чтобы проверить теорию о том, что вода попадает внутрь планеты. Гицеанские планеты обладают богатой водородной атмосферой, но ранее считалось, что они также способны содержать глубокие океаны при пригодных для жизни температурах.
Когда мантия планеты остывает, и до образования океанов, часть воды, растворенной в ее породах, может дегазироваться и подняться на поверхность, откуда она может быть выпущена в атмосферу. Таким образом, если мы обнаружим воду в атмосфере планеты, то, вероятно, её гораздо больше в её недрах.
В частности, экзопланета TOI-270d , вращающаяся вокруг красного карлика на расстоянии 73 световых лет от Земли и имеющая массу в 4,78 раза большую, чем наша планета, представляет интерес для Дорн, которая входила в состав группы, изучавшей ее атмосферу с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба и обнаружившей там метан, углекислый газ и водяной пар.
«Там были собраны доказательства фактического существования подобных взаимодействий воды между магматическим океаном в его недрах и атмосферой», — сообщила Дорн.
Способность воды просачиваться вглубь планеты, а не скапливаться на её поверхности на больших глубинах, означает, что в галактике существует ещё больший потенциал для существования более пригодных для жизни планет с более мелкими океанами.
Согласно исследованию 2025 года, вода доставляется на планеты не только кометами и астероидами, но и может образовываться в процессе формирования миров.
На протяжении десятилетий учёные спорят о происхождении воды на Земле. Одна из давних теорий предполагает, что она была доставлена ледяными телами из внешних областей Солнечной системы после образования Земли, в то время как другая утверждает, что сырье, из которого состоит наша планета, уже содержало необходимые компоненты для образования воды внутри неё. Однако до сих пор эта вторая гипотеза никогда не проверялась в реальных лабораторных условиях.
В серии экспериментов под высоким давлением и при высоких температурах, призванных имитировать огненное начало молодой планеты, ученые воссоздали экстремальные условия, в которых взаимодействуют расплавленная порода и водородный газ на таких мирах. Эти исследования показали, что жидкая вода действительно может образовываться естественным образом на ранних стадиях формирования планет.
Новые результаты, опубликованные 30 октября 2025 года в журнале Nature, предлагают свежий взгляд на один из старейших вопросов планетологии и расширяют возможности определения мест в космосе, где может возникнуть вода, необходимая для жизни.
«Эта работа демонстрирует, что большие объемы воды образуются как естественное следствие формирования планет», — заявила в своем заявлении Анат Шахар, ученый из Института науки Карнеги в Вашингтоне, соруководитель исследования . «Это представляет собой важный шаг вперед в нашем понимании поиска далеких миров, способных поддерживать жизнь».
Художественное изображение протопланетного диска вокруг новорожденной звезды. Копенгагенский университет/Ларс Буххаве
Из более чем 6000 экзопланет, обнаруженных на данный момент в нашей галактике Млечный Путь, наиболее распространены миры, превышающие по размерам Землю, но меньшие по размерам, чем Нептун, известные как субнептуны. Хотя в нашей Солнечной системе таких планет не существует, ученые предполагают, что эти миры имеют каменистые недра, окруженные плотными, богатыми водородом атмосферами. Как отмечается в исследовании, такое сочетание делает их идеальными аналогами для изучения того, как могла образоваться вода на самых ранних этапах эволюции планет.
Чтобы исследовать этот процесс, Шахар и ее команда построили в лаборатории миниатюрную версию субнептуна. Используя устройство, называемое алмазной наковальней, они сжали образцы расплавленной, богатой железом породы до давления, почти в 600 000 раз превышающего атмосферное давление Земли, между кончиками двух алмазов и нагрели их до температуры более 7200 градусов по Фаренгейту (4000 градусов по Цельсию) — температуры, сравнимой с температурами, наблюдаемыми в глубинах расплавленной планеты, говорится в заявлении.
Смотрите также... Немного о кошках: история одомашнивания и интересные факты о поведении домашних питомцев |
Ученые утверждают, что эта модель имитировала решающий этап формирования планет, когда новообразованные миры, вращающиеся вокруг молодых звезд, окутаны плотным слоем водородного газа. Этот водород действует как «тепловой покров», удерживая тепло и поддерживая магматические океаны в расплавленном состоянии в течение миллионов — или даже миллиардов — лет, в течение которых газ и расплавленная порода могут взаимодействовать.
В этих адских условиях исследователи обнаружили, что водород легко растворяется в расплавленной породе, где реагирует с оксидами железа, образуя значительное количество воды. Результаты показывают, что вода может образовываться как естественный побочный продукт химических реакций горных пород и газов, не требуя доставки с комет, астероидов или других внешних источников.
Полученные результаты указывают на то, что вода, возможно, является не редким космическим стечением обстоятельств, а не неизбежным следствием формирования планет, что делает её гораздо более распространённой в галактике, чем считали учёные ранее.
Хотя на поверхности Земли есть жидкие океаны, вода составляет лишь 0,2% массы планеты. В то же время, некоторые планеты и спутники могут быть на 50% состоят из воды, а это значит, что их океаны могут достигать сотен или даже тысяч километров в глубину.
Впервые ученые узнали о том, что спутник Юпитера Европа, вероятно, обладает жидким океаном под своей ледяной оболочкой, во время миссии НАСА «Галилео», запущенной в 1989 году. В течение почти восьми лет космический аппарат «Галилео» вращался вокруг Юпитера, где наблюдал взаимодействие между Европой и магнитным полем Юпитера, которое указывало на наличие воды внутри спутника.
Миссия Europa Clipper отправилась на Европу, чтобы определить, пригодна ли она для жизни. Это первый случай, когда космический аппарат отправится к водному миру. Исследователей особенно интересует смешение воды и горных пород в глубине Европы, где питательные вещества и химические соединения могут поддерживать микробную жизнь, подобно тому, как на Земле жизнь существует в гидротермальных источниках.
Спутник Юпитера Европа, запечатленный прибором JunoCam на борту космического аппарата НАСА Juno во время близкого пролета в рамках миссии 29 сентября 2022 года. NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS. Бьёрн Йонссон (CC BY 3.0)
Европа — это интригующий водный мир, под поверхностью которого, вероятно, находится жидкий океан. Тобиас Рётш/Future
Каллисто, второй по величине спутник Юпитера, также может быть домом для подповерхностного жидкого океана. Каллисто имеет самую изрытую кратерами поверхность в Солнечной системе, что говорит о том, что на спутнике отсутствуют какие-либо геологические процессы или процессы выветривания. Однако примерно в 250 километрах под поверхностью соленый океан может взаимодействовать со слоем горных пород, что может способствовать созданию пригодных для жизни условий глубоко внутри спутника. Кислород также был обнаружен в экзосфере Каллисто, самой верхней области тонкой атмосферы спутника.
Каллисто на снимке, полученном космическим аппаратом НАСА «Галилео». NASA/JPL/DLR
В 2015 году учёные, используя телескоп «Хаббл», обнаружили, что крупнейший спутник Юпитера, Ганимед, также, вероятно, обладает внутренним океаном жидкой воды. Ганимед имеет собственное магнитное поле, которое генерирует полярные сияния на его магнитных полюсах. Наблюдения за полярными сияниями Ганимеда показали, что внутренний океан жидкой воды, вероятно, подавляет колебания магнитного поля Ганимеда при его взаимодействии с магнитным полем Юпитера.
Считается, что толщина океана Ганимеда составляет 60 миль (100 км), что почти в 10 раз больше толщины земного океана. Ганимед и другие галилеевы спутники, вероятно, образовались из материалов, подобных тем, которые окружали Юпитер на ранних этапах формирования Солнечной системы, что объясняет, почему на каждом из этих спутников, вероятно, содержится относительно большое количество воды.
Этот снимок был сделан космическим аппаратом НАСА «Юнона» во время пролета мимо Ганимеда 7 июня 2021 года. NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS
Энцелад — небольшой ледяной спутник Сатурна — является одним из самых интересных мест в Солнечной системе, где планетологи обнаружили воду. Это связано с тем, что ледяные гейзеры на поверхности Энцелада выбрасывают воду и лед в космос, предоставляя исследователям возможность напрямую брать образцы материалов из недр спутника.
Эта вода и лед выбрасываются из внутреннего океана, и в 2005 году космический аппарат «Кассини» обнаружил, что эти материалы выбрасываются с поверхности спутника со скоростью примерно 800 миль в час (1300 км/ч). Считается также, что теплые гидротермальные источники обеспечивают лунный океан минералами и питательными веществами, которые имеют решающее значение для жизни.
Глобальная инфракрасная карта Энцелада. NASA/JPL-Caltech/Университет Аризоны/LPG/CNRS/Университет Нанта/Институт космических исследований
Крупнейший спутник Сатурна, Титан , не похож ни на что другое в Солнечной системе. Его поверхность покрыта озёрами, реками, морями, облаками и дождём, состоящим из углеводородов метана и этана. Считается, что под ледяной корой Титана находится внутренний океан жидкой воды, который может быть домом для жизни. На его поверхности также могут обитать формы жизни, совершенно отличные от всего, что есть на Земле, поскольку они могут использовать другие химические пути для выработки энергии.
Хотя химический состав Титана сильно отличается от земного, этот крупный спутник обладает характеристиками, способствующими обитаемости, такими как плотная атмосфера и динамичные геологические процессы и процессы выветривания.
Титан глазами космического аппарата «Кассини». NASA/JPL-Caltech/Университет Нанта/Университет Аризоны
В 2022 году, используя данные спутника NASA Transiting Exoplanet Survey Satellite, международная группа исследователей обнаружила экзопланету TOI-1452 b. Планета примерно в 1,6 раза больше Земли и классифицируется как суперземля. Она в пять раз массивнее Земли, и её плотность может указывать на то, что значительная часть планеты — потенциально 30% — состоит из воды.
Объект TOI-1452 b, находящийся примерно в 100 световых годах от Земли, является основным кандидатом для дальнейших наблюдений с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST).
Художественное изображение звезды TOI-1452b, вращающейся вокруг одной из красных карликовых звезд в двойной системе. Бенуа Гужон, Университет Монреаля
В июле 2024 года исследователи с помощью телескопа JWST наблюдали атмосферу на экзопланете LHS-1140 b, которая, возможно, поддерживает наличие жидкого океана на своей поверхности. Планета вращается вокруг красного карлика, в пять раз меньшего, чем Солнце, и находится на расстоянии 48 световых лет от Земли.
Дополнительные данные телескопа JWST указывают на то, что планета может состоять на 10-20% из жидкой воды. LHS-1140 b вращается вокруг звезды таким образом, что одна и та же сторона всегда обращена к ней. Кроме того, современные модели предполагают, что планета может представлять собой гигантский снежный шар, что означает наличие «центрообразного» океана на той стороне, которая всегда обращена к звезде.
Художественное изображение сверхземли LHS-1140 b. ESO/spaceengine.org
Два возможных мира с водой, Kepler-138 c и Kepler-138 d, вращаются вокруг красного карлика на расстоянии 218 световых лет от нашей Солнечной системы. В 2022 году исследователи обнаружили, что видимая плотность этих планет указывает на то, что эти миры могут состоять из большого процента воды.
Исследователи считают, что до половины материалов, из которых состоят эти планеты, должны быть легче камня, но тяжелее водорода или гелия. Наиболее распространенным компонентом во Вселенной, соответствующим этим критериям, является вода.
Художественное изображение планетной системы Кеплер-138. На этом изображении на переднем плане находится сверхземля Кеплер-138d. Слева — планета Кеплер-138c, а на заднем плане — планета Кеплер-138b, видимая в виде силуэта, проходящая перед своей центральной звездой. NASA, ESA, Лия Хустак (STScI)
В 2014 году астрономы обнаружили водяной пар на планете размером с Нептун, расположенной в 124 световых годах от Земли. Экзопланета, получившая обозначение HAT-P-11 b, находится близко к своей звезде и совершает полный оборот всего за пять дней. Это раскалённая планета с температурой поверхности, достигающей более 1000 градусов по Фаренгейту (530 градусов по Цельсию), и, как полагают, она имеет каменистое ядро и газообразную атмосферу из водяного пара, богатую водородом.
Исследователи обнаружили воду в атмосфере HAT-P-11 b, используя метод, называемый спектроскопией пропускания. Когда экзопланета пролетает мимо своей звезды (с нашей точки зрения), свет звезды проходит через атмосферу экзопланеты. Различные атмосферные частицы поглощают часть звездного света на определенных длинах волн. Анализируя, какие длины волн поглощаются, ученые могут определить химический состав атмосферы.
Художественное изображение спутника HAT-P-11 b, пролетающего перед своей родной звездой. NASA, ESA и R. Hurt (JPL-Caltech)
В 2019 году в атмосфере планеты K2-18 b, суперземли, расположенной в 110 световых годах от Солнечной системы, был обнаружен водяной пар. Эта экзопланета вращается вокруг красного карлика и, как считается, находится на идеальном расстоянии от него для существования воды на её поверхности в жидком состоянии. Однако планетологи до сих пор не уверены, является ли эта планета каменистым миром или гигантским шаром из жидкости и газа.
Было доказано, что в K2-18 b содержится вода, и там могут существовать умеренные условия, способные поддерживать жизнь. ЕКА/Хаббл, М.Корнмессер
Смотрите также... HTML, CSS-шпаргалка с примерами - тег IMG, figure и picture. Адаптирование, форматирование, эффекты Полный список обработчиков событий HTML / Javascript с примерами |
