Удивительное многообразие водных миров

[5cek]

Вода — ключевой компонент для существования известной нам формы жизни. Однако, для возникновения жизни, по–видимому, должно накопиться достаточно большое количество этой воды. Сегодня нам известно, что в галактике должны существовать миллионы планет с огромными океанами, как покрывающими поверхность миров, так и скрытых под ней. В нашей родной Солнечной Системе существует девять планет с океанами, скрытыми под поверхностью, но только Земля обладает довольно обширным внешним океаном. Именно водные миры являются основными кандидатами на наличие жизни.


Оценивать пригодность для жизни тех или иных миров затруднительно. Конечно, для существования жизни, которую мы знаем, существуют определённые лимиты внешних условий, как по температуре, так и по давлению. Проблема заключается в том, что лимиты эти нам точно не известны. Например, на Земле есть микроорганизмы, успешно проживающие при температуре в 400 Кельвинов (127℃), что, скорее всего, и является пределом по температуре. Но определить чёткий предел давления так и не удалось(о чем наглядно свидетельствует многообразие живых организмов на дне Марианской впадины, где давления достигают 108,6 МПа, что на три порядка больше нормального давления на поверхности Земли). Некоторые модели планетообразования указывают на то, что миры, подобные Земле, где океан достаточно неглубок, обладают более высоким потенциалом для возникновения жизни за счёт того, что там происходит более интенсивный контакт и, соответственно, обмен материей со скалистым основанием и атмосферой, однако никаких серьёзных исследований на этот счёт не проводилось.

Чтобы лучше понять разнообразие водных миров и их пригодность для жизни, необходимо определиться с тем, что же конкретно понимается под этим понятием. Земля, например, обладает достаточно скромными запасами воды пропорционально своей массе, в то время как у Европы и Ганимеда пропорциональное соотношение воды к общей массе гораздо больше, причём у каждого из этих достаточно небольших миров предполагаемые запасы воды сильно превосходят Земные, при этом эти две планеты отличаются друг от друга так же, как они отличаются от Земли.


Классификация пригодных для жизни планет согласно системе Хельмута Ламмера

Чтобы привнести упорядоченность в этот хаос необходима система классификации планет, пригодных для жизни. Сегодня самой популярной системой классификации планет является система Хельмута Ламмера, согласно которой Земля, например, относится к первому классу планет — это пригодный для жизни мир, обладающий поверхностным океаном жидкой воды в стабильной форме (это, собственно, и есть определение обитаемой планеты, использующееся в астрономии). Венера и Марс относятся ко второму классу, т.е. это миры, которые были пригодны для жизни в прошлом и даже обладали океанами, но потеряли их по ряду причин, однако до сих пор сохранили какие–то регионы, пригодные для жизни (20–километровый слой атмосферы Венеры на высоте 55–75 км и некоторые подземные регионы Марса, где может сохраниться жидкая вода).

Далее следуют планеты, которые находятся вне традиционной Зоны Златовласки своей звезды, но обладающие подповерхностными океанами. Планеты третьего класса — это те, в которых постоянно происходит обмен веществом между ледяной корой и внутренним океаном. Более того, океан в данном случае будет неизбежно контактировать со скалистым нутром планеты, где могут образовываться регионы с активными геотермальными выбросами — настоящий рай для жизни. В Солнечной Системе существуют два подобных мира: Европа и Энцелад. Благодаря своему размеру, Европа обладает гораздо более высоким потенциалом обитаемости по сравнению с Энцеладом, однако гейзеры последнего, выбрасывающие вещество океана на сотни километров в космическое пространство, позволяют нам изучить внутреннее строение подобного мира без необходимости зарываться под лёд.


Гейзеры Энцелада

Классификация тут не останавливается, существуют ешё и миры четвёртого класса — те, которые обладают подповерхностными океанами зажатыми между двумя толстыми ледяными корками, где практически не происходит обмен материей между океанами, поверхностью планеты и скальным основанием. В Солнечной Системе есть несколько подобных миров, самыми характерными из которых являются Ганимед, Каллисто и Титан.
Существует ещё и пятый класс миров, примеров которому в нашей Солнечной Системе нет.
Но на что может походить пятый класс планет? Это настоящий океанический мир, где океан жидкой воды занимает собой всю поверхность небесного тела, уходя вглубь на десятки, сотни и даже тысячи километров. Модели формирования планет указывают на то, что подобные миры в большинстве своём должны быть гораздо больше Земли, их ещё можно называть океаническими суперземлями. Согласно некоторым моделям, океанические суперземли могут, хоть и редко, быть лунами газовых гигантов.


Три предполагаемых типа планет–океанов пятого класса. В случае H1 океан находится в контакте со скалистым нутром планеты. В H3 океан контактирует с ледовой шапкой, покрывающей почти/всю поверхность планеты. В H2 имеется второй водный океан, находящийся под слоем льда, который, в свою очередь, лежит на дне внешнего океана.

Но не стоит ли относить эти миры к первому классу на стероидах? Нет, потому что между этими классами имеется ряд коренных различий. Основное различие заключается в том, что мирам пятого класса, подобно мирам третьего и четвертого классов, не обязательно находиться в обитаемой зоне (Зоне Златовласки) своей звезды, чтобы быть пригодными для жизни. Планета может сохранять океан жидкой воды (и, соответственно, потенциал для жизни), покрытый тонкой ледяной коркой (несколько метров), находясь очень далеко от своей звезды.
Принимая во внимание тот факт, что суперземель в списке открытых на данный момент экзопланет достаточно много, планеты пятого класса могут быть достаточно обыденным явлением в галактике, хоть никто точно и не скажет, каков процент подобных миров среди всего многообразия планет. Планеты пятого класса могут существенно различаться между собой. для того, чтобы классифицировать эти различия, была создана система классификации. Так, подобные миры разделяют на три подкласса. К подклассу H1 относят планеты, в которых океан находится в постоянном контакте со скалистым дном, как это происходит у Земли, Европы и Энцеллада. Контакт со скалистым дном обеспечивает постоянное насыщение воды минералами и соединениями, необходимыми для жизни, повышая потенциал её возникновения и поддержания.

В некоторых случаях, глубина океана подобных миров может достигать таких значений, что вода может менять своё агрегатное состояние на твёрдое даже при относительно высоких температурах исключительно благодаря невероятному давлению. Такие агрегатные состояния воды называются Лёд VI и Лёд VII. В случае, когда дно океана водного мира представляет собой ледяную шапку, его стоит относить к классу V–H3. Ледяная шапка изолирует воду от скального дна, что предотвращает возможность обмена веществом, значительно понижая вероятность возникновения и поддержания жизни в практически дистиллированной воде. Потенциал обитаемости подклассов H1 и H3 в значительной степени зависит от того, имеется ли на небесном теле вулканическая или тектоническая активность. Однако, существует ещё более экзотический подкласс планет–океанов, H2, в котором вода превращается в лёд на определённой глубине, подобно H3, однако внутренние источники тепла планеты приводят к образованию второго океана уже под ледяным слоем.

Подобная ситуация открывает достаточно интересные сценарии, в которых мы имеем внешний стерильный океан и внутренний, в котором может кипеть жизнь (а может и не кипеть, так как подобное положение вещей напрочь отрубает доступ кометно–астероидного вещества во внутренний океан, что тоже может играть серьёзную роль в возникновении жизни). Удивительно, что не смотря на то, что в недрах планеты может кипеть жизнь, обитающая в океанах, достигающих тысяч километров глубины, они могут вообще не проявлять никаких внешних признаков её наличия.