При наличии плотных атмосфер, состоящих преимущественно из водорода, спутники свободно плавающих экзопланет, способны удерживать значительную часть тепла, генерируемого в их недрах приливными силами. Новое исследование под руководством Давида Дальбюддинга из Института внеземной физики Макса Планка и Джулии Роччетти из Европейского космического агентства показывает, что водород может выступать мощным парниковым газом — потенциально обеспечивая пригодные для жизни условия в течение миллиардов лет после того, как планета-хозяин была выброшена из своей звёздной системы. Работа опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Поглощающий тепло водород
Астрономы уже обнаружили сотни экзопланет, дрейфующих в межзвёздном пространстве; большинство из них, вероятно, были выброшены из своих родительских систем в результате бурных гравитационных взаимодействий в далёком прошлом. После изгнания такие миры, скорее всего, стали крайне холодными и тёмными — однако, по мнению некоторых астрономов, их спутники могли иметь более интересную судьбу.
Во время хаоса, сопровождающего выброс, орбита спутника может стать сильно вытянутой, из-за чего он многократно растягивается и сжимается гравитацией своей планеты. Подобно Европе и Энцеладу в нашей Солнечной системе, такие приливные силы могут генерировать огромное количество внутреннего тепла.
Если атмосфера такого спутника нестабильна и газы в ней могут конденсироваться в жидкость, большая часть этого приливного тепла просто излучается в космос. Но ситуация может быть совершенно иной при наличии плотных атмосфер с высоким давлением, в которых доминирует водород.
В современной атмосфере Земли молекулы водорода (простые пары связанных атомов) практически не влияют на нагрев — однако при высоком давлении они способны поглощать тепло через процесс, известный как «поглощение, индуцированное столкновениями» (collision-induced absorption, CIA). Во время кратковременных столкновений молекулы водорода образуют супрамолекулярные комплексы — временные структуры, удерживаемые слабыми нековалентными связями.
Такие комплексы гораздо эффективнее поглощают инфракрасное излучение, чем отдельные молекулы водорода, и по эффективности могут соперничать с мощными парниковыми газами, такими как углекислый газ и метан.
В результате некоторые предыдущие исследования рассматривали, какая доля энергии, генерируемой внутри спутника или даже молодых планет, может эффективно удерживаться в плотной водородной атмосфере. Если это возможно, такие атмосферы могут нагреваться без масштабной конденсации, которая ограничивала более ранние модели с доминированием углекислого газа.
«Такой экзоспутник мог бы иметь температуру поверхности, достаточную для существования жидкой воды без близкой звезды, что значительно расширяет возможности возникновения жизни во Вселенной», — объясняет Дальбюддинг. «Однако, хотя такие спутники, возможно, удастся обнаружить уже в ближайшем будущем, подтверждение и анализ их атмосферы, вероятно, ещё долго останутся невозможными».
Комбинирование расчётов
Пока что лучший способ изучать такие экзотические среды — это моделирование. Как объясняет Дальбюддинг, такие симуляции позволяют проследить, как атмосфера и орбита спутника эволюционируют на протяжении миллиардов лет после выброса его планеты.
«Мы объединили точные расчёты температур атмосферы с обратной связью по химическому составу, главным образом через процессы конденсации», — говорит он. «Это даёт наиболее реалистичные — хотя всё ещё приближённые — модели таких спутников на сегодняшний день».
Кроме того, исследователи учли новейшие теоретические результаты о том, как со временем изменяются орбиты экзоспутников. «В 2023 году работа под руководством Джулии Роччетти показала, что орбитальная циркуляризация приводит к уменьшению доступного приливного тепла со временем», — продолжает Дальбюддинг. «В сочетании с этими результатами мы можем оценить максимальное время, в течение которого спутник остаётся в обитаемой зоне».
Сохранение жидкой воды
Расчёты команды показали, что при самых плотных водородных атмосферах (с давлением до 100 раз выше земного) эффект поглощения, индуцированного столкновениями, делает условия достаточно тёплыми и стабильными для существования жидкой воды. В некоторых случаях такие обитаемые условия могут сохраняться до 4,3 миллиарда лет после выброса планеты — что сопоставимо с текущим возрастом Земли.
«Водород действует не только как мощный парниковый газ, но и как стабильная среда, в которой такие вещества, как метан, аммиак и водяной пар, могут дополнительно способствовать удержанию внутреннего тепла», — отмечает Дальбюддинг.
Параллели с ранней Землёй
Исследователи предполагают, что помимо моделирования далёких экзоспутников, их результаты могут пролить свет и на раннюю историю Земли. До возникновения жизни атмосфера нашей планеты могла содержать значительно больше водорода, чем сегодня, и периодически находилась под высоким давлением из-за частых падений астероидов — условия, которые могли усиливать эффект поглощения, индуцированного столкновениями.
Такие среды могли способствовать образованию и репликации молекул РНК, тем самым запуская процесс эволюции.
«В ходе постоянных обсуждений мы связываем наши результаты с новейшими исследованиями происхождения жизни на Земле», — говорит Дальбюддинг. «И мы надеемся, что наша работа поможет построить мост между биофизикой и астрофизикой и для других учёных».
Домашнее чтение:
📖 - https://dx.doi.org/10.48550/arxiv.2602.05378
🧁
----



TV
Наши ролики >
Небесные Хроники
Минутка астрофизики
Про Вселенную
3I/ATLAS
Внегалактический Вестник
Звёздный Аттрактор
Дневник Зейна
Академия
32я База. Наследие
JWST
ESOCast
Hubblecast
Экзопланеты
Звезды
Розетта
Космос - детям
Меркурий
Венера
Луна
Марс
Астероиды
Юпитер
Сатурн
Уран
Нептун
Плутон
Кометы
3I/ATLAS
Звезды
Красные карлики
Коричневые карлики
Экзопланеты
Планетарные туманности
Белые карлики
Нейтронные звезды
Пульсары
Млечный Путь
Черные дыры
Сверхновые
Квазары
Гравитационные линзы
Гравитационные волны
Темная материя
eROSITA
Хаббл
Чандра
Ферми
TESS
Роман
GAIA
Спитцер
Кеплер
WISE
Планк
Свифт
VISTA
VLT
LSST
ELT
Кек
CFHT
ESO
ЕSA
NASA
JPL
Мракобесие
Итэн Зигель
Фил Плейт



















