08:00 28.02.2024
(обновлено: 08:08 28.02.2024)
"Ученые думали иначе". Найдены еще две планеты, где возможна жизнь
Ученые выявили геотермальную активность в недрах двух объектов из пояса Койпера
© Фото : NASA
Художественное представление карликовых планет Макемаке и Эрида
Читать ria.ru в
МОСКВА, 28 фев — РИА Новости, Владислав Стрекопытов. Астрономы предполагают, что на двух ледяных карликовых планетах пояса Койпера есть скрытые океаны жидкой воды — на это указывают данные, полученные космическим телескопом "Джеймс Уэбб". Если гипотеза подтвердится, то представление о таких небесных телах кардинально поменяется.
Последний фронтир
Около 4,6 миллиарда лет назад из облака газа и пыли образовалась Солнечная система. Основная часть вещества пошла на формирование звезды и планет, а остатки материала оказались на окраине системы. Из них могла сформироваться еще одна планета, если бы не присутствие рядом гиганта Нептуна. Его гравитационное воздействие не позволило разрозненным кускам камня и льда соединиться. Так они и вращаются за пределами его орбиты в виде пояса обломков, названного в честь нидерландско-американского астронома Джерарда Койпера.
В отличие от каменистых астероидов главного пояса, большинство объектов пояса Койпера (ОПК) — это ледяные тела из замороженного метана, аммиака и воды. Их размеры — от нескольких метров до двух тысяч километров и более. Сейчас астрономам известно более двух тысяч ОПК. Крупнейшие получили статус карликовых планет: Плутон (2376 километров в диаметре), Эрида (2326 километров), Макемаке (1430) и Хаумеа (1632).
Единственным космическим аппаратом, исследовавшим объекты пояса Койпера с близкого расстояния, была межпланетная станция НАСА "Новые горизонты". Ее запустили в 2006 году, через девять с половиной лет она достигла Плутона, а в 2019-м пролетела мимо загадочного двойного астероида Аррокот. Этот ОПК, расположенный на расстоянии 44,6 астрономической единицы (а. е.) от Солнца, или 6,5 миллиарда километров от Земли, — самый удаленный объект Солнечной системы, который когда-либо посещал космический аппарат.
Сейчас станция "Новые горизонты" находится на расстоянии более 58 а. е. от Солнца и продолжает поиск. Данные, которые аппарат посылает на Землю, указывают на то, что на столь большом удалении плотность межпланетной ледяной пыли все еще очень высокая. Ранее же считали, что внешняя граница пояса Койпера, за пределами которого плотность пыли резко падает, проходит примерно на расстоянии 50 а. е.
Положение известных на сегодняшний день объектов пояса Койпера (зеленым) в координатах Солнечной системы
"Джеймс Уэбб" и подледные миры
После того как станция "Новые горизонты" практически покинула пояс Койпера, основным инструментом изучения его объектов стал космический телескоп "Джеймс Уэбб" (JWST), отправленный на орбиту в декабре 2021-го.
Это самый крупный и мощный космический телескоп из запущенных человечеством. Он способен обнаруживать относительно холодные планетные тела, расположенные на расстояниях до 100 а. е. от родительской звезды, а также получать спектральные линии этих планет. Такое пока не под силу ни одному другому телескопу.
Инфракрасный спектрограф NIRSpec, установленный на телескопе JWST, в прошлом году проанализировал состав одного из водных гейзеров на Энцеладе. Считается, что под ледовым панцирем, покрывающим поверхность этого спутника Сатурна, находится подледный океан, жидкие фонтаны из которого периодически прорываются наверх. Ученые НАСА в свое время заявили, что Энцелад — "наиболее пригодное для жизни, какой мы ее знаем, место в Солнечной системе за пределами Земли".
Еще одно планетное тело с подледным океаном, в котором также может быть микробная жизнь, — Европа. Планируется, что NIRSpec получит высококачественные изображения этого спутника Юпитера, которые используют для поиска регионов с гейзерами и высокой геологической активностью.
Совершенно неожиданно благодаря наблюдениям JWST к списку объектов с потенциально обитаемыми подповерхностными океанами добавились два малых тела из пояса Койпера — карликовые планеты Эрида и Макемаке.
Считалось, что все ОПК — мертвые и холодные, но, как оказалось, это не так. Проанализировав данные изотопного состава метана на поверхности Эриды и Макемаке, ученые из команды JWST пришли к выводу, что он имеет признаки гидротермального происхождения, а значит, в недрах этих планет сохраняется активность. Результаты анализа опубликованы в двух статьях в журнале Icarus (статья 1, статья 2).
Крупнейшие объекты пояса Койпера
Далекие и горячие
Эрида — вторая по размеру после Плутона — самая массивная и самая далекая от Солнца карликовая планета Солнечной системы. Спектроскопические наблюдения, выполненные в 2005-м в обсерватории "Джемини" на Гавайях, выявили на ее поверхности метановый снег. Этим она похожа на Плутон и спутник Нептуна — Тритон.
Макемаке почти вдвое меньше Эриды и по размерам сопоставим со спутником Плутона Хароном. Космические телескопы "Спитцер" и "Гершель" установили, что его поверхность — тоже в снегу, хотя есть и небольшие темные участки. Кроме того, в ходе спектрометрических наблюдений на Макемаке обнаружили этан, азот и окись углерода в твердом виде.
Прибор NIRSpec телескопа JWST способен определять изотопный и изотопологический составы. Изотопы — это атомы одного и того же элемента, имеющие разную массу. Молекулы одного и того же вещества, различающиеся по изотопному составу атомов, называют изотопологами. Получение этой информации необходимо для понимания происхождения вещества и геологической истории. Так, по изотопному составу водорода в составе метана можно определить, образовался он в глубинах планеты или на ее поверхности, имеет первично биогенную или абиотическую, гидротермальную природу.
Измерив отношение дейтерия к обычному водороду (D/H) на поверхности планет, ученые определили, что у метана, из которого образовался снег, есть признаки горячего глубинного происхождения.
"В начале этого проекта я думал, что крупные объекты пояса Койпера должны иметь состав, унаследованный от первичной солнечной туманности, и их холодные поверхности сохраняют древние летучие вещества, такие как метан, — приводятся в пресс-релизе слова одного из авторов исследования, доктора Кристофера Гляйна из Юго-Западного научно-исследовательского института США. — Вместо этого космический телескоп JWST преподнес нам сюрприз. Мы нашли доказательства, указывающие на термические процессы, производящие метан внутри Эриды и Макемаке".
Значения D/H, которые зафиксировал спектрометр NIRSpec, значительно ниже тех, которые характерны для первичного холодного метана протопланетного облака. Они указывают на то, что этот газ образовался при высоких температурах (более 150 градусов Цельсия). Аналогичные изотопные свидетельства ученые получили и для молекулярного азота.
Исследователи уверены: метан и азот образовались в результате глубинных гидротермальных процессов с участием жидкой воды. Если предположить, что ядра Эриды и Макемаке все еще горячие, то под их ледяной поверхностью до сих пор могут находиться скрытые океаны, теоретически пригодные для жизни.
Смена парадигмы
Авторы предлагают три сценария, как глубинный метан оказался на поверхности. В первом варианте он формировался в подземных очагах расплавленных пород, пробивался через толщу подповерхностного океана и по трещинам в ледяном панцире выходил на поверхность.
Во втором варианте радиогенные процессы в ядре, приводящие к нагреву недр, вызывали гидротермальную циркуляцию на дне покрытого льдом океана с образованием абиотического метана. Возможен вариант и без участия жидкого океана. Термогенный метан мог генерироваться в результате твердотельной конвекции в толще льда, а на поверхность доставлялся в ходе криовулканических процессов.
© Фото : SwRI
Три варианта доставки глубинного метана на поверхность: а — по трещинам из глубинных очагов расплавленных пород; b — по трещинам со дна подледного океана; с — в результате криовулканизма
Ученые склоняются к гидротермальному варианту происхождения метана. Причем изотопные отношения углерода указывают на то, что произошло это относительно недавно. Возможно, под ледяной коркой, покрывающей две карликовые планеты, до сих пор бурлит горячий океан.
"Вероятность существования подповерхностных океанов и обнаружение редких изотопологов метана на этих далеких мирах бросают вызов общепринятому мнению о неизменном первичном составе крупных транснептуновых объектов, — отмечает еще один автор статей, профессор Университета Центральной Флориды Ноэми Пинилья-Алонсо. — Открытие не только меняет наше представление об этих ледяных мирах, но и подчеркивает ключевую роль эндогенных сил в формировании тел внешней Солнечной системы в целом".
По мнению исследователей, полученные данные могут стать отправной точкой для смены парадигмы в планетарной науке. Если допустить, что и другие планетные тела, считавшиеся холодными, на самом деле теплые внутри, то перспективными для поисков возможной жизни становятся и Плутон, и другие ледяные миры на окраинах Солнечной системы. Не говоря уже о спутнике Сатурна Титане, на поверхности которого много жидкого метана.
