Уявіть собі океан, який ніколи не бачив сонячного променя. Вода там кипить не від тепла зорі, а від гравітаційного тяжіння власної планети. Небо суцільна чорнота, температура навколо мінус 270 градусів Цельсія, а під льодовим панцирем розгортається хімічний балет, схожий на той, що відбувався на Землі чотири мільярди років тому.
Це не сюжет наукової фантастики. Такий сценарій цілком реальний принаймні, за новими даними дослідників з Мюнхенського університету імені Людвіга-Максиміліана (LMU) та Інституту позаземної фізики імені Макса Планка (MPE). Команда під керівництвом аспіранта Девіда Дальбюддінга з’ясувала: супутники планет-вигнанців, що блукають міжзоряним простором без материнської зорі, здатні зберігати рідкі океани протягом 4,3 мільярда років. Цей термін порівнянний з віком самого життя на Землі.
Планети без дому
Зоряні системи народжуються в хаосі. У диску з газу і пилу формуються гігантські планети, їхні орбіти перетинаються, гравітаційні поля зіштовхуються. Іноді цей танець закінчується катапультом: одна з планет отримує такий поштовх, що вилітає з рідної системи назавжди. Такі світи астрономи називають вільно плаваючими планетами, або просто загубленими вони мандрують галактикою самотньо, не прив’язані до жодної зорі.
До недавнього часу вважалося, що викинутий гігант втрачає все: кільця, пил, супутники. Та робота фізика LMU доктора Джулії Рочетті, опублікована раніше, спростувала це припущення. Вона довела: під час гравітаційного вигнання планета часто забирає із собою частину місяців, особливо тих, що розташовані близько до неї. Їхня подорож, однак, кардинально змінюється. Замість стабільних кругових орбіт супутники опиняються на витягнутих еліпсах то наближаючись до планети на мінімальну відстань, то віддаляючись на сотні тисяч кілометрів.
Саме це постійне наближення й віддалення стає джерелом неймовірної енергії.
Гравітація як обігрівач
Під час кожного оберту гравітація планети-вигнанця розтягує і стискає супутник, наче гігантські невидимі руки замішують тісто. Породи всередині місяця тертяться одна об одну, породжуючи тепло явище, відоме як припливне нагрівання. На Землі ми спостерігаємо його слабку версію: саме припливне нагрівання, спричинене гравітацією Юпітера, розігріває внутрішні океани супутника Європи до температур, придатних для існування мікробів. Аналогічний процес відбувається на Енцеладі крижаному місяці Сатурна, з якого космічний апарат Cassini зафіксував викиди водяної пари з гейзерів.
Але біля планети-вигнанця цей механізм працює з подвоєною силою. Розрахунки німецької команди показали: тепла вистачить, аби поверхневі океани не перетворилися на лід, навіть у міжзоряному холоді, де немає жодного сонячного променя. Питання лише в тому, чи залишиться це тепло на поверхні.
На Землі роль термоса виконує атмосфера з вуглекислим газом. Він поглинає теплове випромінювання і повертає його назад до поверхні. Раніше вчені припускали, що CO₂ може підтримувати придатні для життя умови на екзомісяцях до 1,6 мільярда років. Але біля планети-вигнанця вуглекислий газ замерзне і втратить свої теплозберігаючі властивості. Потрібен був інший газ.
Секрет водневої ковдри
Розв’язання знайшлося в найпростішому елементі Всесвіту водні.
Зазвичай водневі молекули пропускають інфрачервоне випромінювання крізь себе, наче сито. Та під екстремальним тиском атмосфери супутника-гіганта зіткнення між молекулами H₂ створюють тимчасові зв’язки. Ці миттєві об’єднання поглинають теплове випромінювання і не дають йому втекти в космос ефект, який фізики називають зіткнево-індукованим поглинанням.
Водень має вирішальну перевагу: він залишається стабільним навіть при температурах, близьких до абсолютного нуля. Тому атмосфера з домішкою водню перетворюється на космічний термос, що зберігає тепло припливного нагрівання мільярди років. За моделями команди Дальбюддінга, такий механізм здатний підтримувати океани в рідкому стані протягом 4,3 мільярда років часу, достатнього не лише для появи бактерій, а й для еволюції складніших форм.
Колиска без сонця
Відкриття кидає принципово нове світло на те, як і де може зароджуватися життя.
«Наша співпраця з командою професора Дітера Брауна допомогла усвідомити: колиска життя не обов’язково потребує сонця, каже Девід Дальбюддінг. Ми відкрили чіткий зв’язок між цими далекими місяцями та ранньою Землею, де високі концентрації водню через астероїдні удари могли створити умови для зародження перших живих клітин».
Дослідники звертають увагу на ще один важливий момент. Припливні сили не лише обігрівають місяць, але й створюють у його надрах цикли «мокро-сухо». Вода випаровується з гарячих зон поблизу ядра, мігрує через тріщини в корі і конденсується в холодніших приповерхневих шарах. Цей нескінченний повторюваний процес, як показують лабораторні експерименти групи професора Брауна, є ідеальним каталізатором для синтезу складних органічних сполук саме тих будівельних блоків, з яких згодом складається життя. На ранній Землі подібні цикли могли відбуватися в кратерах після астероїдних бомбардувань.
Нові горизонти пошуку
Астрономи вже знають: планет-вигнанців у нашій галактиці може бути стільки ж, скільки і зірок. Це сотні мільярдів світів, що блукають у пітьмі. Якщо бодай частина з них має супутники з водневими атмосферами, кількість потенційно придатних для життя середовищ виявиться набагато більшою, ніж ми уявляли досі.
- Припливне нагрівання гравітаційне тертя всередині місяця генерує тепло без участі зорі
- Воднева атмосфера працює як термос, утримуючи тепло в умовах міжзоряного холоду
- 4,3 мільярда років розрахунковий термін існування рідких океанів на таких супутниках
- Цикли «мокро-сухо» природний механізм, що міг би запускати пребіотичну хімію
Раніше пошуки позаземного життя концентрувалися на «зонах придатності» навколо зірок ділянках, де температура дозволяє існувати воді в рідкому стані. Нове дослідження розширює цю зону до нескінченності. Воно доводить: для життя достатньо планети, супутника, гравітації і найпростішого газу у Всесвіті.
Результати опубліковані у престижному журналі Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. І вони змінюють наше уявлення про самотність у космосі. Бо якщо океани можуть існувати там, де ніколи не сходить сонце, хто знає, що ще ховається в темряві між зірками.
Можливо, саме зараз у глибині одного з таких місяців йде хімічна реакція, схожа на ту, що колись сталася в океанах молодої Землі. Без світла. Без сонця. Але з усіма шансами на успіх.
Про автора
