Възможно ли е един свят да поддържа течна вода, без да получава топлина и светлина от звезда? Според ново изследване отговорът може да е положителен. Учени предполагат, че някои екзолуни — естествени спътници на планети извън Слънчевата система — биха могли да запазят подходящи температури за течна вода до 4,3 милиарда години, дори ако планетите, около които обикалят, са изхвърлени от своите звездни системи.

Резултатите поставят под въпрос традиционното разбиране, че потенциално обитаемите светове задължително трябва да се намират близо до звезда. Вместо това изследването насочва вниманието към два други източника на топлина: гравитационните сили между планетата и нейната луна и атмосфера, способна да задържа топлината.

Планетите скитници са небесни тела, които не обикалят около звезда. Смята се, че някои от тях са били изхвърлени от първоначалните си планетни системи вследствие на силни гравитационни взаимодействия. При подобно събитие орбитите на някои от техните спътници могат да станат силно елиптични. Това означава, че луната периодично се приближава към планетата и след това се отдалечава от нея. Променящото се гравитационно въздействие деформира вътрешността ѝ и генерира топлина — процес, известен като приливно нагряване.

В Слънчевата система има примери за подобен механизъм. Юпитеровата луна Йо е изключително вулканично активна именно заради приливните сили. Европа и Енцелад също са обекти, при които вътрешната топлина играе важна роля за активността и възможното наличие на вода под ледената повърхност.При луна около планета скитник този механизъм би могъл да компенсира липсата на слънчева енергия.

Предишни модели допускаха, че плътна атмосфера от въглероден диоксид може да задържа достатъчно топлина, за да поддържа течна вода върху луна без слънчева светлина. Този подход обаче има съществен недостатък: при изключително ниските температури газът може да кондензира и да се отложи върху повърхността. Така атмосферата постепенно би могла да изчезне, позволявайки на топлината да се губи в космоса.

Новото изследване разглежда водорода като алтернатива.

При обичайни условия водородът не е особено ефективен в задържането на топлината. При високо налягане обаче взаимодействията между неговите молекули променят поведението му. Когато молекулите се сблъскват, те могат временно да образуват двойки, които поглъщат инфрачервено излъчване.

Този механизъм се нарича индуцирано от сблъсъци поглъщане. При достатъчно плътна атмосфера той може да ограничи загубата на топлина и да създаде условия за поддържане на по-високи повърхностни температури. Допълнително предимство е, че водородът не би трябвало да кондензира толкова лесно при разглежданите условия, което може да позволи на атмосферата да остане стабилна за дълги периоди.

Изследователите са използвали компютърни модели, за да изчислят как се променят температурите и атмосферните условия на луна с размерите на Земята, обикаляща около планета скитник, подобна на Юпитер. За целта са приложени модели за пренос на излъчване и химичния състав на атмосферата, съчетани с предишни симулации на еволюцията на орбитите на такива спътници.

При най-плътната разглеждана атмосфера — с налягане от 100 бара, или приблизително 100 пъти атмосферното налягане на морското равнище на Земята — някои от моделираните светове могат да поддържат температури, подходящи за течна вода, в продължение на до 4,3 милиарда години.

В една от симулираните популации, състояща се от 6945 луни с маса, сравнима със земната, около 43% достигат температури, съвместими с наличието на течна вода в определен момент от еволюцията си при конкретния сценарий с налягане от 100 бара.
Тези числа обаче са резултат от компютърна симулация. Те не означават, че 43% от реалните луни около планети скитници непременно са обитаеми.

Максималният период от 4,3 милиарда години също е значително по-дълъг от приблизително 1,6 милиарда години, получени в по-ранни модели, основаващи се на атмосфера от въглероден диоксид.

Може ли на тези светове да възникне живот?

Наличието на течна вода е важно условие за живота, какъвто го познаваме, но само по себе си не е достатъчно. Необходими са още подходящи химични вещества, източници на енергия и условия, позволяващи сложни молекули да се образуват и взаимодействат.

Авторите разглеждат и възможната връзка между тези луни и химичните процеси, които биха могли да предшестват появата на живот. По-специално те обръщат внимание на циклите на овлажняване и изсъхване, за които се предполага, че могат да подпомогнат свързването на прости молекули в по-дълги РНК вериги.

Приливните сили биха могли да предизвикват периодични промени във водните басейни, създавайки редуващи се влажни и сухи условия дори без слънчева светлина. Моделите разглеждат и присъствието на азот във водородната атмосфера. При определени условия част от него може да се преобразува в амоняк, който, разтворен във вода, влияе върху нейната киселинност. Според авторите алкалната среда може да подпомогне някои реакции, свързани с предбиологичната химия, включително процеси на изграждане и свързване на РНК вериги.

Важно е да се подчертае, че това са хипотези за възможни химични условия. Изследването не доказва, че живот действително може да възникне или да се развие на подобна луна. Въпреки обещаващите резултати, моделите имат ограничения. Те не описват напълно процеси като конвекцията във влажната атмосфера, образуването на облаци и всички възможни последици от кондензацията върху температурния профил.

Освен това остава открит въпросът дали скалистите луни могат изобщо да образуват или да задържат толкова плътни водородни атмосфери. Въпреки че изчисленията предполагат възможна дългосрочна стабилност при определени условия, произходът на тези атмосфери и тяхното действително разпространение все още не са изяснени. Откриването на подобни обекти също би било трудно. Възможните методи включват наблюдение на транзити и гравитационно микролещиране. Дори ако дадена екзолуна бъде открита, анализът на атмосферата ѝ вероятно ще остане сериозно предизвикателство за съвременните телескопи.

Изследването разширява представите за местата във Вселената, където може да съществува течна вода. Досега търсенето на потенциално обитаеми планети до голяма степен се фокусира върху светове, които получават подходящо количество енергия от своята звезда.

Новите модели показват, че при определени условия вътрешното нагряване и атмосферата могат да осигурят алтернативен механизъм за поддържане на течна вода. Това не означава, че луните около планети скитници непременно са обитаеми. Но подсказва, че потенциалните места за възникване на живот може да са много по-разнообразни, отколкото предполага традиционната представа за „обитаемата зона“ около звезда.

Снимка: Unsplash

Виж още: Само срещу 40 долара на ден може да си наемете хуманоиден робот, който да ви следва