Ученые-астрономы установили, что на определенных внесолнечных планетах, где одна полушарие постоянно ориентировано к своей звезде, а вторая находится в вечной темноте, могут существовать зоны, пригодные для поддержания жизни. Недавнее изучение продемонстрировало, что явление приливной синхронизации, несмотря на резкие перепады температур, может формировать стабильные регионы с умеренным климатом.

Примером такого объекта является экзопланета LHS 3844b, размеры которой лишь немного превышают земные и вращается вокруг красного карлика LHS 3844, находящегося приблизительно в 48,5 световых годах от нашей Солнечной системы. Данная планета была идентифицирована в 2018 году с использованием космического телескопа NASA TESS и совершает полный оборот вокруг своей звезды всего за одиннадцать часов.

Учитывая крайне близкое расположение на орбите, LHS 3844b, скорее всего, находится под воздействием приливной блокировки. Это подразумевает, что период вращения планеты относительно собственной оси соответствует периоду ее обращения вокруг звезды, вследствие чего одна сторона постоянно обращена к источнику света, а противоположная остается в тени.

Солнечной стороной планеты характеризуется постоянный жаркий день с температурой порядка от тысячи до двух тысяч кельвинов, в то время как на теневой стороне может наблюдаться экстремальный холод, при котором движение атомов практически останавливается и приближается к абсолютному нулю — температуре 0 Кельвин.

Дайсукэ Ното, работающий над докторской диссертацией в лаборатории GEFLOW при Университете штата Пенсильвания, поставил перед собой задачу определить, способны ли экстремальные условия на других планетах поддерживать жизнь. Он отметил, что поверхностный анализ температур может создать впечатление о полной непригодности таких планет для существования живых организмов, но реальность может быть гораздо сложнее.

«Биологические процессы способны существовать даже в условиях, которые кажутся непригодными для существования. », — отметил исследователь.

В сотрудничестве с коллегами из Японского агентства морских наук и технологий и Университета Хоккайдо Ното продемонстрировал, что подобные внеземные миры могут обладать более подходящими локальными условиями благодаря перераспределению тепловой энергии внутри планетарного тела.

Исследователи подчеркивают, что синхронное вращение – это не уникальный случай, а скорее обычное явление во Вселенной. Огромное количество планет и спутников, расположенных на небольшом расстоянии от своих звёзд или крупных небесных тел, демонстрируют подобный режим обращения, постоянно обращая к ним одну сторону.

Наиболее понятным примером служит наш естественный спутник – Луна, которая неизменно ориентирована одной стороной в направлении Земли. Тем не менее, для планет вне Солнечной системы, вращающихся вокруг красных карликов, данная ситуация может встречаться значительно чаще из-за их близкого расположения к звезде.

Для изучения внутренних процессов подобных миров, специалисты провели исследование перемещения вещества в мантии – обширном слое раскаленных пород, находящемся между внешней оболочкой и внутренним ядром планеты. Именно эти процессы внутри мантийной зоны могут оказывать решающее влияние на распределение тепла и создание условий для возможной жизни.

Воссоздать подлинную внесолнечную планету в лабораторных условиях не представляется возможным, поэтому исследователи прибегли к физическому аналогу. Они сконструировали компактный прямоугольный контейнер и наполнили его густой жидкостью – глицерином, содержащей термочувствительные жидкие кристаллы, демонстрирующие изменение окраски под воздействием температуры.

В ходе эксперимента была воспроизведена разница температур между участком, постоянно подвергающимся воздействию света звезды, и областью, находящейся в вечной темноте. Для имитации таких перепадов использовались четыре термостата, позволяющие создавать градиенты температуры, характерные для зон возле светила и противоположной стороны планеты.

Результаты показали, что циркуляция вещества в созданной модели со временем выравнивается: тёплая масса поднимается на освещённой стороне, движется по верхней части слоя, охлаждается и опускается на затемнённом участке, после чего возвращается обратно через глубинные слои планеты.

Как отметил Ното, подобное поведение существенно расходится с явлениями, происходящими внутри Земли. В отличие от нашей планеты, характеризующейся сложной и непредсказуемой динамикой мантии, в системах приливного захвата циркуляция может протекать медленно, стабильно и предсказуемо.

В ходе эксперимента периодически формировались структуры, напоминающие грибы, связанные с восходящими потоками – известные как мантийные плюмы. Тем не менее, в отличие от земных горячих точек, например вулканов на Гавайях или Исландии, эти образования оставались неподвижными и непрерывно возникали в определенной области.

Проведенное моделирование продемонстрировало, что теплопередача в подобных планетарных системах может достигать значений, сопоставимых с земными процессами. Это свидетельствует о потенциальной возможности существования локальных геотермальных зон, где могут сохраняться условия для химических реакций, связанных с зарождением жизни.

Значительный интерес вызывают территории, расположенные между областью непрерывного освещения и зоной постоянных темноты – так называемые сумеречные зоны. В этих областях температура может быть гораздо более умеренной по сравнению с сильно нагретой дневной стороной или замороженной ночной частью планетарного тела.

По мнению специалистов, подобные внутренние явления способны оказывать воздействие на жидкое ядро небесного объекта и формирование его магнитного поля. Наличие магнитной защиты может оказать существенное влияние на возможность существования жизни на таких мирах.

Проверить эту гипотезу в рамках текущего эксперимента не представляется возможным, но ученые видят в этом направлении многообещающие перспективы для будущих исследований. В дальнейшем коллектив исследователей намерен применять схожие лабораторные модели для изучения разнообразных геофизических процессов как на Земле, так и за ее пределами.

Полученные данные свидетельствуют о том, что экзопланеты с экстремальными условиями – вечным днём и вечной ночью – не обязательно являются безжизненными. Даже при колоссальной разнице температур внутри планетарного тела могут происходить стабильные процессы, позволяющие формировать локализованные зоны с потенциально подходящими для жизни параметрами.

Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.