Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли

Для проверки гипотезы о водной природе Глизе 1214 b с помощью телескопа «Хаббл» была изучена атмосфера планеты при ее прохождении. К сожалению, проверку она не прошла. В полученных данных не было даже намека на признаки поглощения света звезды молекулами воды. Самое очевидное объяснение столь невнятного результата заключается в том, что атмосферу планеты закрывают облака, которые делают невозможным ее изучение с помощью телескопа. И все же, несмотря на отсутствие подтверждающих данных, плотность Глизе 1214 b с высокой долей вероятности указывает на преобладание воды в ее составе. С ее открытием существование покрытых водой миров стало научным (ну или почти научным) фактом.

Чтобы заполучить так много воды, Глизе 1214 b должна была формироваться далеко от звезды. Планета вполне могла бы аккумулировать столь значительный объем воды в замороженном виде в пределах протопланетного диска за снеговой линией. Затем, в результате взаимодействия с газовым диском, богатый льдом мир мигрировал ближе к звезде. Если бы он остановился в зоне умеренных температур, мы бы имели дело с миром, покрытым океаном из воды в жидкой фазе.

Покрытые водой миры, возможно, не так уж и редки. Глизе 1214 b и Кеплер-22 b — суперземли, то есть относятся к самому многочисленному из известных нам классов экзопланет. Эта группа планет, превышающих размером нашу в несколько раз, может включать два очень разных типа покрытых водой миров.

Глизе 1214 b — пример мира, покрытого глубоким океаном. Занимая промежуточное положение, ее плотность указывает на громадную долю воды в составе планеты. Ее твердое ядро должно быть скрыто толщей воды глубиной в десятки тысяч километров. Впрочем, вода может целиком покрывать поверхность планеты, даже когда она не преобладает в ее составе. В условиях более мощной гравитации поверхность каменистой планеты большого размера должна иметь плоский рельеф. Сжимаемый силой притяжения, ландшафт такого мира может сильно отличаться от привычного нам, изрезанного горами и холмами, образуя сплошную равнину, которая может легко превратиться в океанское дно даже при небольшом объеме воды. Эти два типа планет-океанов различаются так же, как залитая водой глубокая суповая тарелка отличается от залитой водой тарелки плоской. Вода закрывает поверхность обеих тарелок, но в одной из них жидкости намного больше, чем в другой. На каменистой планете массой 10 масс Земли может вовсе не быть континентов, даже если воды на ней будет в 10 раз меньше количества воды на нашей планете. Таким образом, более крупная версия Земли, скорее всего, будет покрыта водой.

На Земле жизнь существует повсюду, где есть вода. Однако может ли полноценная экосистема сформироваться на планете без суши? Если наличие океана, целиком покрывающего поверхность, делает планету непригодной для жизни, это накладывает ограничения на размер каменистой планеты, на которой может развиться жизнь.

На планете, покрытой глубоким океаном, растениям, которые живут за счет фотосинтеза, придется удерживаться на поверхности без какой-либо опоры. Стебли и корни не способны дотянуться с освещаемой звездой поверхности до дна на глубине более 10 000 км. Плавучим растениям, таким как водоросли, придется развиваться рядом с существами, которые могут летать или плавать. Конечно, на земле есть примеры таких форм жизни, а также организмов-хозяев, которые могут обходиться без солнечного света. Смогли бы формы жизни, обитающие в океанах Земли, успешно существовать на планете, целиком покрытой глубоким океаном?

Хотя на воду приходится лишь 0,1% массы Земли, наши океаны так глубоки, что свет не может пробиться сквозь толщу воды и достичь дна. Его заменяют гидротермальные выходы — трещины в коре, через которые вырываются струи горячей жидкости. Несмотря на высокую температуру, существенно превышающую 100 °C, эти гигантские столбы вещества сохраняют жидкую форму. Вокруг гидротермальных выходов формируются целые экосистемы, которые отлично обходятся без солнечного света. Такой источник энергии мог бы поддерживать жизнь на блуждающей планете, не имеющей доступа к свету звезды. К сожалению, любые попытки экстраполировать эту гипотезу на мир, покрытый глубоким океаном, обречены на провал.

Стоит только представить себе, что доля воды в массе планеты составляет не 0,1%, а более 50%, и дно океана становится совершенно другим местом. На дне резервуара такого колоссального объема давление достигает значений, при которых вода сжимается в толстые слои льда. Таким образом, ядро из силикатных пород оказывается отделено от водной стихии ледяным барьером толщиной в тысячи километров. Под таким слоем льда формирование гидротермальных выходов невозможно, а значит, вокруг них не образуются экосистемы.