Планеты-гикеаны: новые миры пригодны для внеземной жизни

Когда ученые-планетологи начали искать места за пределами нашей солнечной системы, которые способны поддерживать жизнь, они обратили внимание на экзопланеты, которые напоминали Землю по плотности, температуре и атмосфере. Правда, их очень трудно обнаружить: из 4400 экзопланет, открытых на данный момент, только 24 могут соперничать с Землей по пригодности к обитаемости.

Также ученые постоянно пытались выяснить условия развития жизни на других типах экзопланет. В последние годы было обнаружено несколько вероятных кандидатов в так называемых «океанических мирах» — экзопланетах с атмосферой земного типа, покрытых жидкой водой, а также в каменистых экзопланетах с атмосферой, состоящей, в основном, из водорода.

Команда исследователей из Кембриджского университета учла, что некоторые виды микроорганизмов выживают и даже развиваются в богатой водородом среде на Земле, и решила выделить совершенно новый тип потенциально пригодных для жизни экзопланет, покрытых водой и окутанных толстым слоем водорода. Изначально астрономы назвали этот тип планет мини-Нептунами, но сейчас они определили их подкласс — гикеаны с горячей, богатой водородом атмосферой и огромными океанами на поверхности. Жара и высокое давление не привлекательны для людей, но некоторые формы жизни способны выдержать эти условия.

Астрономы считают, что планеты-гикеаны могут быть в 2,6 раза шире Земли, их масса может составлять до 10 масс Земли, атмосферное давление — превышать земное в 1000 раз, а температура в атмосфере — достигать почти 200 °C. Однако условия в их океанах могут быть более комфортными.

В отличие от планет, подобных Земле, гикеаны можно обнаружить по всей Галактике, а это означает: если предположения ученых верны,  то они не только повлияют на способы поиска жизни в космосе, но и изменят взгляд на место в нем нашей планеты.

Например, планета K2-18b расположена от нас на расстоянии около 124 световых лет и она в 2,6 раза шире и в 8,6 раз массивнее Земли, а также вращается вокруг своей звезды в пригодной для жизни зоне. Эту планету астрономы изучают уже несколько лет: в 2019 году был найден водяной пар в ее атмосфере, а в прошлом году — уже смоделирован состав пара, который определился как потенциально пригодный для некоторых форм жизни.

Оценить обитаемость экзопланеты сложно по ряду причин. Поскольку практически все они пока недоступны для космических аппаратов, их свойства определяются на основе спектроскопических исследований и математических моделей. Также поиск инопланетной жизни осложняется тем, что мы подробно не знаем, как она развивалась здесь, на Земле.

Чтобы считаться обитаемыми, экзопланеты должны быть расположены внутри обитаемой зоны: участка пространства, где расстояние между экзопланетами и звездами, вокруг которых они вращаются, достаточно велико, чтобы предотвратить испарение воды, но достаточно мало, чтобы не допустить ее замерзания, учитывая наличие жидкой воды.

Тем не менее, нахождение планеты внутри обитаемой зоны не означает, что она  способна поддерживать жизнь. Чтобы выяснить, возможно ли это, ученые ищут биомаркеры —  соединения, связанные с живыми существами, такие как кислород, озон, метан и закись азота. Но их очень сложно, если не невозможно идентифицировать в атмосфере, богатой водородом, поэтому авторы исследования, опубликованного  в Astrophysical Journal, предлагают сосредоточиться на потенциальных газах, выделяемых микробами во время метаболических процессов:  хлорметане и диметилсульфиде.

Кроме того, планета без геохимических циклов, регулирующих химический состав ее атмосферы (наподобие карбонатно-силикатного цикла на Земле) быстро станет негостеприимной. 

Есть и внешние воздействия, такие как корональные выбросы массы и мощные звездные ветры, которые представляют собой барьер для жизни на поверхности любой экзопланеты. Также гикеаны должны поддерживать существование  огромных водоемов в течение длительных периодов времени. Чем ближе планета расположена к внутреннему краю обитаемой зоны звезды, тем сложнее становится эта задача.

Несмотря на  многочисленные препятствия, авторы исследования настаивают, что гикеаны оптимальны для будущих исследований обитаемости: их относительно много по сравнению с планетами, подобными Земле, и они составляют большую часть всех известных экзопланет. Кроме того, атмосферы гикеанов состоят из более легких молекул, которые проще обнаружить с помощью имеющегося в распоряжении ученых оборудования.