Дослідження підказує, що деякі екзопланети можуть створювати власну воду
Вчені виявили, що на певних екзопланетах може відбуватися процес виробництва води без зовнішніх джерел. Під час лабораторних експериментів дослідники відтворювали екстремальні умови, характерні для деяких екзопланет, за допомогою високоефективних лазерів, які намагалися перетворити олівін — мінерал, що міститься в надрах планет — у воду в присутності водню. Водень взаємодіє з мінералами, забираючи атоми кисню, що в результаті призводить до утворення води, про що повідомляє команда в статті, опублікованій 29 жовтня у журналі Nature.
Це відкриття може пояснити, чому деякі екзопланети, що обертаються досить близько до своїх зір, багаті водою. Процес може також допомогти зрозуміти походження води на Землі, додаючи нові факти до тривалої загадки.
Виникнення води на екзопланетах
Сотні екзопланет розміром і масою між Землею та Нептуном були виявлені, багато з яких знаходяться набагато ближче до своїх зір, ніж Земля до Сонця. За оцінками, їхня щільність свідчить про те, що вони мають кам’янисті ядра, покриті товстими шарами води або водню.
Однак залишається незрозумілим, чому ці планети можуть бути настільки багатими водою. У Сонячній системі існує чітка межа між планетами, що виникли з обох сторін “снігової лінії”. Усередині цієї лінії вода рідкісна, випарована Сонцем. Венера є яскравим прикладом. Планети, що утворилися за межами снігової лінії, як-от Сатурн і Нептун, багаті водою та газами.
Дослідники астропаралельної фізики вважали, що водяні екзопланети повинні утворюватися далеко від своєї зірки, а потім переміщатися вглиб. Нове дослідження пропонує, що за певних умов хімічні реакції між воднем і мінералами можуть виробляти воду на самому місці.
Лабораторні експерименти та відкриття
Відтворення таких умов у лабораторії було непростим завданням. Для досягнення необхідної температури та тиску вчені використовують маленький контейнер, відомий як діамантова клітина. Але нагріті водневі молекули можуть проникати в решітку карбону діаманта, що призводить до його руйнування.
Замість безперервного лазера, вчені використали імпульсні лазери, що дозволило зменшити проникнення водню. “Я все ще ламав багато діамантів,” — говорить Гаррісон Хорн, планетарний вчений із Лабораторії Лоуренса Лівермора в Каліфорнії.
Коли експеримент нарешті спрацював, вчені були вражені кількістю води, яка утворилася. “Не залишилося жодного каменя. Усього було лише метали та вода,” — зазначає Хорн. Геофізик Дан Шим з Аризонського університету додав: “Ми говоримо про велику кількість води, в тисячі разів більше, ніж очікувалося для Землі, якщо у вас великий шар водневої атмосфери.” У експериментах близько 18 відсотків початкової маси перетворилося на воду.
Дослідники вважають, що цей процес утворення води може відбуватися на межі між кам’янистим внутрішнім ядром планети і водневою оболонкою, де високі тиски і температури можуть спонукати реакцію. Очікується, що фінальний вміст води на цих планетах може становити від 5 до 28 відсотків маси планети.
Отримані світи можуть бути великими океанічними планетами, у два-три рази більшими за Землю та покритими глибоким рідким океаном, або “гіацевидними” світами, що містять океан під товстим шаром водню.
Перспективи для життя на екзопланетах
Ці результати також мають значення для Землі. У той час як умови високого тиску та температури, необхідні для цієї реакції, сьогодні не існують на Землі, вони могли бути присутніми під час її формування. Рання Земля з густою, водневою атмосферою могла б спонукати подібні реакції утворення води.
Цю гіпотезу підтримують дані про мікроскопічні водяні мікросфери, що застрягли у древніх діамантів, які, за словами Хорна, мають чіткий хімічний підпис на відміну від поверхневої води. Це вказує на те, що вода на Землі може мати два різні резервуари: первинний, отриманий через ранні хімічні реакції, і пізнішу частину, яка частково була доставлена водянистими кометами і астероїдами з зовнішньої Сонячної системи.