Категория экзопланет размером между Землей и Нептуном, так называемые суб-Нептуны, обычно имеют каменное ядро, окруженное оболочкой из водорода или воды. Это вполне предсказуемо, если планета формируется далеко от звезды, за линией снега, где вода может кристаллизоваться в лед. Но многие такие «водные» планеты обнаружены гораздо ближе к своим звездам, где для присутствия воды слишком жарко.
Ученые объяснили, как планеты производят воду из магмы
Ученые представили новое объяснение того, почему многие экзопланеты покрыты водой, даже когда находятся слишком близко к своим звездам. Исследование показывает, что планеты способны производить воду из собственных магмы и каменных ядер и водородных атмосфер при давлении в десятки тысяч раз выше земного. Работа меняет представления о формировании планет и расширяет зону поиска миров, пригодных для жизни.
Это изображение представляет собой реконструкцию экзопланеты GJ 9827d, самой маленькой экзопланеты, в атмосфере которой был обнаружен водяной пар. Эта планета может быть примером потенциальных планет с богатой водой атмосферой, которые могут существовать в других частях нашей галактики. https://www.mpg.de/21366368/hubble-finds-water-vapour-in-small-exoplanet-s-atmosphere
Линия снега — это расстояние от звезды, за которым температура падает настолько, что летучие вещества вроде воды, метана и углекислого газа могут конденсироваться в твердую фазу. В Солнечной системе эта граница проходит между орбитами Марса и Юпитера. За линией снега планеты могут накапливать огромные количества льда при формировании, что объясняет гигантские размеры внешних планет. Традиционно считалось, что только планеты, сформировавшиеся за этой границей, могут иметь большие запасы воды. Новое исследование многое меняет.
Существующие объяснения предполагали, что водные миры формировались во внешних областях планетных систем, а затем мигрировали ближе к родительской звезде.
Как рождается вода
Эксперименты с использованием лазерного нагрева в алмазной наковальне на расплавах силикатов в водородной среде.
Новое исследование, опубликованное в журнале Nature, предлагает более простой механизм. При экстремальных давлениях на поверхности суб-Нептунов — до 10 000 земных атмосфер — силикатные породы находятся в расплавленном состоянии. В этих условиях кислород освобождается из магмы и вступает в реакцию с водородом атмосферы, производя значительное количество воды — десятки весовых процентов, что намного больше, чем предсказывали прежние модели.
Авторы исследования пишут: «Мы обнаружили экспериментальные доказательства реакций между теплой плотной водородной средой и силикатным расплавом, которые высвобождают кремний из магмы для формирования сплавов и гидридов при высоких давлениях. Освобожденный из силикатного расплава кислород реагирует с водородом, производя значительное количество воды».
Планета, где нет воды, но если у нее есть водородная атмосфера, вода может появиться.
Этот процесс объясняет существование водных планет. По мере расходования атмосферного водорода на производство воды планета постепенно превращается из водородной в водную. Это открытие предполагает, что водные миры могут быть гораздо более распространенными, чем считалось ранее, и могут формироваться в неожиданных местах близко к звездам.