Астрономы и планетологи уже десятилетиями руководствуются концепцией обитаемой зоны — относительно узким диапазоном расстояний от звезды, в котором условия на поверхности планеты позволяют существовать жидкой воде, считающейся ключевым условием для жизни, известной нам на Земле. Однако новое исследование, опубликованное в The Astrophysical Journal, предлагает пересмотреть эту классическую картину, расширив представления о том, где во Вселенной могут существовать среды, благоприятные для жизни.
Классическая «обитаемая зона»: основы и ограничения
Классическая обитаемая зона (habitable zone, HZ) определяется как диапазон расстояний от центральной звезды, в котором на поверхности планеты может существовать жидкая вода при умеренном климате. В Солнечной системе такая зона простирается примерно между орбитами Земли и Марса. За её пределами либо слишком жарко (внутренний край), либо слишком холодно (наружный край) для того, чтобы вода могла сохраняться в жидком состоянии на поверхности.
Такой подход исторически служил ориентиром при выборе кандидатов для поиска условий, потенциально благоприятных для жизни, но быстро развивающиеся данные о экзопланетах показали, что реальность существенно сложнее. Многие обнаруженные планеты не укладываются в рамки этих классических границ, но при этом обладают признаками воды или атмосфер, которые могли бы её поддерживать.
Новое моделирование: ночная сторона — ключ к выживанию воды
Исследование профессора Амри Ванделя (Amri Wandel) из Иерусалимского университета анализирует климат планет, запертых приливным взаимодействием с родной звездой — то есть всегда обращённых одной стороной к светилу и одной стороной в постоянную ночь. Такие «приливно заблокированные» планеты особенно распространены вокруг звёзд типов M и K, которые по массе и светимости меньше и холоднее Солнца.
Классические модели считали, что на таких планетах ночная сторона должна быть слишком холодной, чтобы вода могла там существовать в жидком состоянии. Однако новая аналитическая климатическая модель показывает, что тепло с дневной стороны может эффективно переноситься в ночную, поддерживая температурные условия выше точки замерзания воды. Благодаря этому потенциальные области жидкой воды могут существовать там, где предыдущие, более строгие модели считали это невозможным.
Это открывает возможность существования жидкой воды вне традиционных границ обитаемой зоны, расширяя диапазон расстояний от звезды, где планеты могут сохранять температуру, подходящую для воды, и, возможно, для ходу биохимических процессов.
Подледные воды вне «тёплого пояса»
Помимо расширения зоны в сторону близких к звезде орбит, исследование также рассматривает другой путь сохранения воды: подлёдные или внутриледниковые воды на удалённых и холодных планетах. Такие планеты, расположенные за классической внешней границей обитаемой зоны, могут иметь жидкие подлёдные озёра под толстым слоем льда, аналогично тому, что наблюдается у спутников гигантов в нашей Солнечной системе, например у Европы или Энцелада.
Вода, скрытая под льдом, может сохраняться в жидком состоянии благодаря внутреннему теплу планеты: это может быть радиогенное тепло, геотермальное тепло или тепло, выделяемое при приливных взаимодействиях с массивной планетой-хозяином (как у Энцелада около Сатурна). Такая подледная вода также может быть потенциально средой для химических процессов, важных для формирования и поддержания жизни.
Импликации для наблюдательной астрономии
Расширение понятия обитаемой зоны имеет прямые последствия для поиска экзопланет с признаками воды и потенциально пригодных для жизни условий. Результаты анализов спектров атмосфер уже выявили присутствие водяного пара и других летучих веществ на некоторых «плавающих» около M-карликов суперземлях, которые ранее считались слишком близкими к своей звезде для существования жидкой воды. Новое моделирование помогает объяснить, как вода там может сохраняться, расширяя число кандидатов для дальнейшего спектроскопического изучения.
Эти наблюдения особенно актуальны на фоне активных программ по изучению атмосферы экзопланет с помощью космических телескопов, таких как James Webb Space Telescope, который способен регистрировать сигнатуры воды и других парообразных веществ в атмосферах далеких миров.
Почему это важно для астрофизики и астробиологии
Концепция расширенной обитаемой зоны — часть стремления понять, где во Вселенной могут существовать условия, пригодные для жизни, аналогичной земной, или, по крайней мере, условия, способные поддерживать жидкую воду. Это не означает, что такие среды обязательно содержат жизнь, но они представляют собой широкий спектр условий, достойных изучения.
Новая модель отражает постепенный переход от упрощённых критериев (только положение относительно звезды) к более сложным климатическим и геофизическим моделям, которые учитывают перенос тепла, динамику атмосферы и глубинные процессы планеты. Все эти факторы могут влиять на способность планеты сохранить жидкую воду и поддерживать условия, пригодные для биохимии, схожей с земной.
Заключение
Новое исследование пересматривает фундаментальную астрономическую парадигму обитаемой зоны, показывая, что её традиционные границы могут быть слишком узкими. По данным моделирования, жидкая вода может существовать в неожиданных местах: на ночной стороне приливно заблокированных экзопланет и под толстым льдом далеких холодных миров. Эти результаты помогают астрономам шире смотреть на возможные среды, где могут присутствовать условия, благоприятные для жизни, и уточнять, какие экзопланеты стоит в первую очередь исследовать в поисках биосигнатур.
Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org
