При достаточном удалении от звезды массивные планеты способны удерживать атмосферу и воду на протяжении чрезвычайно длительных периодов времени. В случае, если такие планеты были выведены из своей звездной системы, их существование может продолжаться дольше, чем возраст Вселенной.
Условия на Земле стали благоприятными для существования жизни несколько миллиардов лет назад, но и снова станут непригодными для жизни через аналогичный период. В то же время, некоторые экзопланеты, в частности, крупные суперземли, потенциально могут поддерживать жизнь значительно более продолжительное время, в отдельных случаях – свыше 80 миллиардов лет. К такому заключению пришли ученые, авторы нового статьи, опубликованной в журнале Nature Astronomy.
Суперземлями называют крупные экзопланеты с твердой поверхностью массой до 10 масс Земли — в разы крупнее нашей, но меньше, чем у небольших газовых планет, подобных Нептуну. В Солнечной системе суперземель нет — возможно, появиться такой планете помешал Юпитер, поглотивший ее зародыш. Однако телескопы фиксируют немало суперземель у других звезд Млечного Пути. Мол Луис и ее коллеги из Цюрихского университета (Швейцария) изучили подкласс «холодных суперземель», которые обращаются на достаточном расстоянии от своих звезд и поддерживают умеренную температуру.
Согласно проведенным расчетам, холодные планеты могут сохранять первоначальную атмосферу, состоящую преимущественно из водорода и гелия, в течение миллиардов лет, при этом ее плотность может превышать плотность земной в 100-1000 раз. Жидкая вода может существовать на поверхности под этой плотной оболочкой, и новые модели указывают на то, что она способна сохраняться достаточно долго для возникновения и эволюции жизни.
Обычно поиски экзопланет осуществляются путем анализа изменений в блеске или точном положении звезды, вызванных вращением расположенной рядом планеты. В связи с этим, большинство телескопами обнаруженных суперземель характеризуются близкими к звезде орбитами. Новое исследование, проведенное теоретически, то есть без непосредственных наблюдений, основывалось исключительно на математических моделях. Швейцарские астрономы провели более тысячи симуляций, моделирующих эволюцию суперземель с различной массой, составом атмосферы и орбитами вокруг звезд, подобных Солнцу.
Исследование выявило, что слишком близкая орбита вызывает постепенную эрозию и потерю атмосферы из-за воздействия потока частиц звездного ветра. Однако на большем расстоянии — превышающем орбиту Марса в нашей Солнечной системе — водородно-гелиевая атмосфера может не только сохраняться в течение длительного времени, но и приводить к нагреву планеты посредством парникового эффекта. По мнению ученых, в таком состоянии суперземля может оставаться стабильной в течение пяти-восьми миллиардов лет, пока ее звезда не достигнет завершающих стадий эволюции и не станет превращаться в красного гиганта.
Иногда встречаются и более необычные сценарии. Гравитационные возмущения могут вытолкнуть суперземлю из ее родной звездной системы, отправив ее в одиночное путешествие в качестве «планеты-сироты», не имеющей звездной привязки. Согласно расчетам, суперземля с достаточной массой (равной 10 масс Земли) и плотной атмосферой может оставаться потенциально пригодной для жизни в течение колоссального периода – 84 миллиарда лет. Этот период значительно больше возраста нашей Вселенной и срока существования звезд в ней.
Жизнь на планете-суперземле, вращающейся в свободном полете, вероятно, значительно отличается от земной. Если она и возникла на такой планете, то организмы адаптировались к уникальным условиям, отличным от земных: отсутствие света и высокое атмосферное давление. Однако и на нашей планете существуют почти изолированные экосистемы, напоминающие такие условия, как, например, сообщества вокруг «черных курильщиков» на дне океана. Для местных организмов основным источником энергии является хемосинтез, а не фотосинтез, и они не нуждаются в освещении.