Суперземли с континентами могут быть лучшим пристанищем для жизни

Массивные планеты земного типа, у которых есть как континенты, так и океаны, могут лучше подходить для внеземной жизни, нежели полностью покрытые водой миры. Новое исследование дает надежду на то, что многие планеты земного типа, обращающиеся вокруг далеких звезд, с континентами и океанами однажды могут оказаться пристанищем для жизни, какой мы ее представляем.

Суперземли, вероятнее всего, обладают более стабильным климатом, если сравнивать с водными мирами, а значит и более крупными обитаемыми зонами, в которых теоретически может процветать инопланетная жизнь. В новом исследовании ученые использовали Землю в качестве отправной точки для моделирования того, как на суперземлях могут распределяться водные запасы: на поверхности и глубоко под мантией. Работа была опубликована в одном из номеров The Astrophysical Journal.

Обычно исследователи предполагают, что суперземли будут водными мирами, поскольку их мощная поверхностная гравитация создает относительно сплюснутую географию поверхности и глубокие океаны. Однако новое исследование показало, что суперземли с активной тектоникой могут открывать континенты, если их вода составляет менее 0,2% от общей планетарной массы.

«Планета может быть в десять раз влажнее, чем Земля, и все еще обладать континентами, — рассказал Николас Коуэн, планетолог из Северо-западного университета и соавтор работы. — Это важно для определения внешнего вида и возраста планеты».

Коуэн и Дориан Эббот, климатолог из Чикагского университета, построили подобную модель в своем исследовании. В качестве отправной точки была взята Земля, а в процессе было изучено, как вода на планете перераспределяется до момента стабилизации между океанами на поверхности и под мантией земли. Тем самым ученые рассчитали вероятность, при которой суперземля будет водным миром или нет.

Движение тектонических плит на Земле непрерывно перемещает воду между поверхностью океанов и мантией. Океаническая вода поступает в мантию, когда одна тектоническая плита подходит под другую и опускается в мантию.

«Земля — это единственная известная планета с тектоникой плит, глубинным круговоротом воды и так далее, поэтому с нее было бы неплохо начать, — комментирует  Коуэн. — С другой стороны, если выяснится, что глубинный круговорот воды близок к стационарному, наши выводы будут неверны».

Вода в мантии может снова выйти в океан, когда вулканическая активность разбивает кору планеты в срединно-океанических хребтах. Потеря коры вызывает падение давления, что приводит к тому, что нижняя часть мантии тает и теряет летучие вещества, в том числе и воду. Учитывая большую силу гравитации на суперземлях, несложно понять, что на планетах такого типа в мантии будет храниться больше воды, чем у Земли.

Есть и другие неопределенности, которые могут иметь большое значение в точности модели, предсказывающей наличие сухих континентов на суперземлях. Неизвестно количество воды, скрытой в глубине мантии нашей собственной Земли. Коуэн и Эббот оценивают его в один-два мировых океана. Другой фактор: существуют ли на суперземле тектонические процессы или нет. Если исследователи ошибутся хотя бы в одном значении из двух, их математическая модель будет иметь серьезную погрешность.

Дебаты по поводу суперземель будут продолжаться, пока космические миссии не начнут сбор достоверных данных о том, сколько воды хранится на таких планетах. Космический телескоп с внутренним коронографом мог бы заблокировать слепящий свет далеких звезд, чтобы бросить быстрый взгляд на планету на орбите. Но ни один из активных космических телескопов в настоящий момент не может картографировать поверхность суперземель.

«По крайней мере, понадобится космический телескоп с зеркалом в несколько метров шириной, соединенный с блокиратором света в десятки тысяч километров от него. NASA рассматривает эту идею, но она точно не в приоритете».

Одним из телескопов, который будет отвечать всем требованиям, может быть NASA WFIRST (широкополый инфракрасный обзорный телескоп) — 2,4-метровый телескоп с нужным инструментом для наблюдения за экзопланетами. Эта миссия стоимостью 1,6 миллиарда долларов может так и остаться в долгом ящике из-за проблем NASA с финансированием, но Коуэн полагает, что к середине 2020-х или к 2030 году он будет готов. Если это случится, исследователи на один шаг приблизятся к пониманию того, могут ли суперземли быть похожи на наш собственный мир.

Исследования астрономов Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики в 2012 году показали, что если бы Земля была меньше и менее массивной, у нее не было бы тектоники плит — сил, которые могут двигать континентами и возводить горы. А без тектоники плит жизнь могла никогда не укрепиться.

«Тектоника плит крайне важна для жизни, какой мы ее знаем, — говорит Даяна Валенсия из Гарвардского университета. — Наши расчеты показывают, что, когда дело доходит до обитаемости скалистых планет, чем больше тектоники, тем лучше».

Тектоника плит — движение гигантских плит, из которых состоит поверхность планеты — имеет решающее значение для жизнедеятельности планеты, поскольку в результате ее процессов вырабатываются сложные химические вещества, в том числе и окись углерода, которая действует как термостат, сохраняя Землю в тепле. Углекислый газ, запертый в скалах, высвобождается, когда те плавятся, возвращаясь в атмосферу при помощи вулканов и океанических хребтов.

«Такой круговорот важен даже в планетарных масштабах», — объясняет Валенсия.

Вместе с коллегами Ричардом О’Коннеллом и Димитаром Сасселовым, Валенсия работала над вопросом, который помог бы определить вероятность наличия тектоники плит на разнокалиберных скалистых мирах. За основную группу брались суперземли, который больше Земли в два раза и до десяти раз массивнее.

«Возможно, нет никакой случайности в том, что Земля является крупнейшей скалистой планетой в нашей Солнечной системе, а также единственной населенной», — говорит Валенсия. Сасселов дополняет: «Может быть не просто много потенциально обитаемых планет, а и ну очень много».

По сути, суперземли могут обладать вулканическими «кольцами огня», которые охватывают всю планету, будучи эквивалентами Йеллостоуна, и взрываются сотнями гейзеров. Атмосфера также может присутствовать, а гравитация может быть до трех раз сильнее, чем на Земле.

Сасселов отметил, что хотя суперземли могут быть в два раза больше нашей родной планеты, у них может быть похожая география. Быстрая тектоника плит обеспечит меньшее время для развития гор и океанов, поэтому горы и впадины будут не выше и не глубже, чем на Земле. Даже погода может быть аналогичной.

«Пейзаж будет знакомым. Суперземля будет почти как дом родной», — говорит Сасселов.