Молодые экзопланеты могут быть лучшими кандидатами для поиска Земли 2.0

Обнаружение первой экзопланеты около 30 лет назад стало поистине сенсационным открытием, поставившим точку в споре, существуют ли ещё где-то во Вселенной планеты, подобные вращающимся вокруг Солнца. Однако это же открытие пока что не дало ответа на более глобальный вопрос, а именно — существует ли где-либо, помимо Земли, жизнь?

По современным представлениям учёных, существование жизни в той единственной форме, которую мы знаем — на основании углерода и воды — требует определённых климатических условий на планете-кандидате. В первую очередь — это температура и давление, позволяющие существовать значимым количествам воды в жидком состоянии.

Планета не должна быть расположена ни слишком близко к звезде-хозяйке, ни слишком далеко от неё. Область вокруг звезды, нахождение в которой обеспечивает на планете приемлемые условия, называется зоной обитаемости, или зоной Златовласки. Также важный вклад в температуру планеты и в состав её атмосферы вносит внутреннее тепло. По современным представлениям, одним из главных его источников является распад радиоактивных изотопов урана, тория и калия.

Радиоактивный распад ведёт к расплавлению внутренних частей планеты, что, в свою очередь, вызывает возникновение медленных конвекционных потоков в мантии. Благодаря им течёт активный вулканизм, и атмосфера планеты постоянно обогащается двуокисью углерода и другими газами, способствующими возникновению парникового эффекта. Из-за этого температура атмосферы поддерживается на более высоком уровне. Кроме того, парниковый эффект способствует «сглаживанию» суточных и сезонных колебаний температуры, что также помогает в поддержании приемлемых для жизни условий.

Как показало новое исследование учёных Юго-Западного научно-исследовательского института, содержание радиоактивных элементов в мантии и ядре планеты, наряду с расстоянием от звезды-хозяйки, является решающим фактором формирования благоприятного климата.

Проблема заключается в том, что мы пока что не можем прямо измерить химический состав и характеристики поверхности экзопланет и, тем более, их внутренних слоёв. О составе экзопланет мы можем судить лишь косвенно, анализируя спектр звезды-хозяйки и допуская, что, образованные примерно в одно время из протопланетного облака, звезда и её планеты имеют сходный состав.

Также новое исследование показывает, что для потенциальной внеземной жизни более благоприятны молодые планеты: радиоактивный распад в их недрах ещё не закончился и, как следствие, эти планеты имеют достаточное количество парниковых газов в своей атмосфере. Критическим, по оценкам учёных, является возраст от 2 до 5-6 миллиардов лет, по прошествии которых планеты постепенно превращаются в оледеневшие миры.

К сожалению, среди тех немногих экзопланет, чей возраст удалось установить более-менее точно, лишь малая часть достаточно молоды для поддержания процессов активного выделения парниковых газов вследствие тепла радиоактивного распада.

Характерным примером, иллюстрирующим новую модель учёных, является звездная система TRAPPIST-1. Являясь домом для семи землеподобных планет, как минимум четыре из которых находятся в обитаемой зоне, эта система, скорее всего, не может служить кандидатом на поиски жизни в силу своего возраста, составляющего 8 миллиардов лет.

Больше знаний исследователям дадут новые инструменты, в частности — телескоп имени Джеймса Уэбба. Благодаря его наблюдениям удастся более точно определить возраст как уже открытых, так и пока неизвестных экзопланет, оценить состав их атмосферы и смоделировать условия на их поверхности. Это позволит проводить более целенаправленные поиски молодых планет — кандидатов на роль Земли 2.0