Моря воды: Планеты-океаны

По некоторым расчетам, многие из звёзд солнечного типа могут иметь возле себя планету-двойник нашей Земли. А на таких почти обязательно имеется океан жидкой воды.

Под двойниками Земли подразумеваются планеты, близкие нашей не только по размерам и минеральному составу, но и по характеристикам орбиты. В идеале, она должна быть почти округлой, чтобы годовые перепады температуры не были слишком велики, и располагаться в пределах «обитаемой зоны» своей звезды, т.е. там, где не слишком холодно, чтобы вся вода превращалась в лед, и не слишком горячо, чтобы она испарялась. Судя по всему, этого достаточно, чтобы на планете плескался целый океан жидкой воды – идеальной колыбели для нарождающейся жизни.

Несмотря на многолетние споры и исследования, до сих пор не существует единого представления о происхождении воды на нашей планете. По одним версиям, она уже была в составе газопылевого облака, из которого сконденсировалась Земля. По другим, была занесена в ходе интенсивной кометной и астероидной бомбардировки, которой подверглась наша молодая планета. По третьим, она высвободилась из гидратированных минералов в процессе формирования Земли. Имеются и другие гипотезы – возможно, все они в той или иной степени правы, и вопрос состоит лишь в относительном вкладе каждого из механизмов в образование Мирового океана.

В любом случае, если отбросить «космические», внешние источники, и взять лишь версию о наличии воды в исходном материале, из которого образовалась планета, то на этой основе можно построить вполне рабочую теоретическую модель и оценить вероятность развития подобного сценария у какой-нибудь далекой звезды.

Если вести речь действительно о планете-двойнике Земли, с тяжелым металлическим ядром, окруженным богатой кремнием мантией, то можно с достаточной уверенностью ожидать, что по мере ее остывания вода вместе с другими легкими молекулами будет подниматься из недр наверх. Разогретая до пара, она может вырываться мощными струями в атмосферу (вместе с углекислым газом), где будет образовывать тяжелые тучи и дождем выпадать на поверхность. Остальное – дело техники: если планета достаточно велика, чтобы гравитация ее могла удерживать плотную атмосферу, и если температурный режим позволяет – рано или поздно, вода образует огромный океан.

К слову сказать, нет особых причин сомневаться в том, что протопланетное облако, из которого образовалась Земля и ее соседки, не было насыщено молекулами воды. Объекты, сформировавшиеся в той далекой древности из того же облака – астероиды и кометы – исключительно богаты водой, содержание которой может достигать 20%.

В этом смысле от них резко отличаются планеты и другие крупные тела, вещества в которых достаточно для протекания дифференциации – т.е. разогрева до расплавленного состояния, которое приводит к погружению более тяжелых элементов и соединений вглубь, и выталкиванию более легких к поверхности. В ходе этого процесса вода и углекислый газ, как было сказано выше, вырываются горячими струями, и если гравитационных сил тела недостаточно – улетают в космос. Этот механизм объясняет, почему на таких дифференцированных телах воды обнаруживается намного меньше – порядка 3%.

Но если объект приближается по размерам к средних размеров планете вроде Земли, притяжение ее удерживает воду и углекислый газ в атмосфере. В конце концов это приводит к появлению океана. Это подтвердило и недавнее компьютерное моделирование процесса формирования планеты-двойника Земли. Если только в исходном протопланетном облаке воды было хотя бы 1-3%, образовавшиеся из него планеты будут иметь достаточно воды, чтобы ее раскаленные струи из недр массово вырывались в атмосферу. Если планета имеет массу от 0,5 до 5 земной, она удержит эти вещества возле себя – и примерно через сотню миллионов лет после рождения приобретет очень даже неплохой океан воды.

По публикации Astrobiology Magazine