Наука и Техника

Наука И Техника
24 апреля 2017

Наиболее жизнепригодные экзопланеты, вероятнее всего, будут водными мирами

Более 70 процентов поверхности нашей планеты покрыто водой. Некоторым это может показаться излишним, однако в новом исследовании выносится предположение, что наш мир в этом отношении действительно уникален, причем уникален не так, как можно было бы подумать. Дело в том, что наиболее пригодные для жизни экзопланеты, скорее всего, будут являться настоящими водными мирами, где вода будет занимать до 90 процентов всей поверхности. И хоть для примитивной морской жизни такие условия будут, вероятнее всего, райскими, для развивающихся цивилизаций это будет настоящим проклятием.

Такие выводы выносятся на страницах последнего номера журнала «Ежемесячные заметки Королевского астрономического общества». Используя компьютерные модели, астроном Фергус Симпсон из Института космических наук при Барселонском университете вычислил, что обитаемые экзопланеты, вероятнее всего, будут покрыты водой. При этом в большинстве случаев эта вода будет занимать до 90 процентов площади всей поверхности этих планет.

Такие результаты наводят на мысль, что Земля со своими обширными земельными массивами представляет собой уникальное космологическое явление, поэтому найти настоящего близнеца нашей планеты может оказаться гораздо сложнее, чем мы думали. Более того, это также может стать в некоторой степени объяснением, почему мы до сих пор не совершили контакта с разумными внеземными цивилизациями. Следует отметить, что подобная идея уже выносилась в рамках так называемой гипотезы уникальной Земли, согласно которой земплеподобные планеты, позволяющие содержать сложные организмы, представляются исключительно редкими для этой Вселенной.

На этой картинке показано соотношение всей воды (синим) на Земле с размером планеты. Кому-то это может показаться неправдоподобным, но на самом деле поверхность нашей планеты относительно плоская

Симпсон в своей работе указывает, что планета должна соответствовать определенному балансу, чтобы сразу иметь и обширные наземные массы, и огромные океаны. При этом факторами, контролирующими этот баланс, являются: объем воды, имеющийся на планете, объем свободного пространства, где эта вода может содержаться, а также присутствие динамических топографических особенностей, начиная от огромных океанических бассейнов и заканчивая горными хребтами. Если глубина океанов будет относительно небольшой, а высота над уровнем моря будет низкой, то в этом случае избыток воды покроет большую часть оставшейся поверхности планеты. Наша планета обладает топографическими особенностями, которые позволяют всего лишь приблизительно 29 процентам суши оставаться выше уровня моря. Это соотношение оставалось относительно стабильным очень долгое время, что позволило появиться и развиться наземным животным, включая нас.

Исследование Симпсона показывает, что Земля на фоне его моделей действительно является исключением из правил. Его модели настаивают на том, что настоящие земплеподобные и пригодные для жизни планеты, расположенные в так называемых обитаемых зонах (позволяющих воде сохранять свою жидкую форму на поверхности планет) своих звезд в своем большинстве будут представлять именно водные миры. Более того, если рассмотреть нашу планету более внимательно, то окажется, что наш мир сам недалеко ушел от того, чтобы стать полностью покрытым водой.

Разумеется, все эти выводы не следует принимать за чистую монету хотя бы только потому, что основаны они не на наблюдениях за реальными зкзопланетами, а скорее представляют собой квинтэссенцию самых свежих идей и выводов о планетарном формировании.

«Я немного озадачен этой статьей», — говорит астрофизик Шон Н. Рэймонд, не принимавший участия в исследовании.

«Я нахожу это исследование интересным, но мне сложно его интерпретировать. У нас по-прежнему остается очень много важных вопросов, не имеющих ответа».

Немаловажным в решении общей задачи является ответ на вопрос о том, откуда вообще берется вода на планетах. Споры на эту тему идут до сих пор, но наиболее убедительная гипотеза на этот счет на данный момент связана с астероидами и кометами. Большинство ученых считает, что именно эти космические объекты принесли воду на Землю. Если это действительно так, то подсчитать вероятный объем воды на других планетах будет практически невозможно. В этом случае потребуется как минимум узнать среднее значение объема воды, доставленного на нашу планету. Даже если это каким-то образом удастся сделать, это все равно не решит проблему, так как для каждой звездной системы значения количества астероидов и комет, не говоря уже об объемах содержащихся в них воды, всегда будет очень разными. Посчитать все это будет просто невозможно.

«В «классической модели» формирования планет земной группы объем доставленной на Землю воды носит случайный показатель, поэтому нетрудно представить, что на гипотетической другой Земле этот объем может быть в десятки раз больше или в десятки раз меньше», — говорит Рэймонд.

«Хотелось бы также добавить, что согласно новым моделям объем поставок воды на Землю мог быть меньше, чем указывалось в других моделях. Основополагающую роль здесь играл скорее количественный, а не качественный характер доставки воды — кометы и астероиды доставляли ее к нам чаще, но в меньших объемах».

Рэймонд здесь намекает на выводы, сделанные на основе наблюдений, которые показывают, что во внутренних границах Солнечной системы воды содержится меньше, чем во внешних.

«На мой взгляд, водные миры могут существовать только за пределами так называемой линии вечной мерзлоты», — подключается к обсуждению темы Адам Сарафиан, магистрант кафедры изучения Земли, атмосферы и планет в Массачусетском технологическом институте.

«Эта линия вечной мерзлоты появилась на самых ранних этапах появления Солнечной системы, еще собственно до момента формирования самих планет. За пределами этой линии вода всегда будет оставаться в твердом состоянии в виде льда. Отсюда и наблюдения, показывающие, что во внешних границах воды больше, чем во внутренних. Поэтому следовало бы ожидать наличие водных миров на внешних границах Солнечной системы, а не на внутренней, где располагаются относительно сухие планеты».

В обсуждаемом сегодня исследовании Сарафиан участия не принимал и в настоящий момент пытается выяснить, почему на Земле так много воды и как она сюда попала.

«Последние данные указывают на то, что во внутренние границы Солнечной системы вода попала очень рано, поэтому Марс действительно мог выглядеть как Земля (частично покрытым водой) вскоре после того, как сформировался», — говорит Сарафиан.

«Интерес изучения планет, расположенных ближе к Солнцу, выше, потому что звезда обеспечивает достаточно энергии для жизни и позволяет воде на поверхности оставаться в жидком состоянии. Наблюдение за вечной мерзлотой – это другой случай. Один лед и тьма».

Но есть другие факторы, которые стоит учитывать при решении вопроса о том, как Земля получила и способна содержать столько воды. Например, стоило бы выяснить, существует ли связь между океанскими глубинами и взаимодействием океанского дна с земной мантией. Вполне возможно, что наша планета обладает каким-то по-настоящему уникальными особенностями, делающими некоторые из ее водных бассейнов такими глубокими. Для выяснения всех подробностей следовало бы провести отдельное исследование на эту тему.

Симпсон, в свою очередь, говорит, что принял во внимание некоторые подобные факторы и в его моделях учитываются глубоководные циклы, эрозия и осаждения (то есть процессы, при которых осадочные породы и грунт добавляются и формируют общую массу суши). Но несмотря на это, его модели все равно показывают, что воды на обитаемых планетах должно быть больше, чем суши. Что интересно, некоторые симуляции показали, что на планетах с маленькими океанами наземные массы будут в подавляющем числе случаев покрыты пустынями, в то время как большие земплеподобные планеты практически всегда представлены в виде водных миров.

«Большие планеты могут быть больше подвержены затоплению по двум причинам. Во-первых, если соотношение массы воды и наземных масс будет одинаково, то, скорее всего, планета будет обладать глубокими океанами. Во-вторых, чем сильнее на планете будет гравитация, тем это сильнее будет затруднять процессы, изменяющие ее топографическое разнообразие. Следовательно, на пути воды не будут встречаться серьезные препятствия для дальнейшего распространения по всей поверхности планеты», — говорит Симпсон.

Если выводы Симпсона верны, то, вероятнее всего, это означает, что наша планета каким-то образом обрела идеальный баланс соотношения воды и суши. В дальнейшем это даже может помочь нам понять, почему наша цивилизация смогла не только появиться, но и развиться на Земле. Среди ученых есть мнение, согласно которому развитие высокоразвитых и высокотехнологичных цивилизаций вряд ли возможно в мирах подобных нашему, и наша планета в этом плане тоже является исключением из правил. Слишком много исключений ради одного маленького голубого шарика, не находите? Кстати, Симпсон в своей работе тоже отражает выборочную работу антропного принципа, согласно которому, если кратко, Вселенная обладает некой оптимальной организацией (в первую очередь по базовым принципам) для появления человека. Вот вам и еще одна причина назвать Землю уникальной, потому что если бы она таковой не являлась, то нас бы с вами здесь не было.

Основная проблема того же антропного принципа заключается в том, что он недоказуем (опровергнуть его, впрочем, тоже довольно сложно). Однако теория о водных мирах может быть вполне доказуема.

«Удивительно осознавать, что мы уже недалеки от того дня, когда сможем исследовать состав атмосферы других планет земной группы», — говорит Симпсон.

И ведь действительно, уже следующее поколение телескопов сможет проводить анализ атмосферы экзопланет и определять, сколько воды может содержаться на их поверхности. Возможно, после этого нам удастся выяснить, почему наш мир таков, какой он есть.

Источник: hi-news