Планéта-океáн – разновидность планет, состоящих преимущественно изо льда, скалистых пород и металлов (приблизительно в равных пропорциях по массе для упрощения модели). В зависимости от расстояния от родительской звезды, могут быть целиком покрыты океаном жидкой воды глубиной до 100 километров (точное значение зависит от радиуса планеты), на бо́льшей глубине давление становится столь велико, что вода не может более существовать в жидком состоянии и затвердевает, образуя такие модификации льда как Лёд V, VI и VII и другие. Пока открыта только одна такая планета GJ 1214 b.

Первоначально предположение о существовании такого типа планет было сделано Дэвидом Стивенсоном из Калифорнийского технологического института. Затем эта теоретическая модель была развита командой Кристофа Сотена из Нантского университета и Марком Кюхнером.

В последние годы было открыто множество экстрасолнечных планет – горячих юпитеров, то есть газовых гигантов, вращающихся на близкой орбите к своей звезде, где, в соответствии с современными представлениями об образовании и эволюции планетных систем, они просто не могли сформироваться. Было сделано предположение, что планеты могут уже после своего формирования мигрировать на более близкие к своей звезде орбиты, в том числе и в обитаемую зону.

Если в процессе формирования планетной системы формирующаяся на большом удалении от своей звезды протопланета достигает массы приблизительно в 10 земных масс, то она становится достаточно массивной, чтобы притягивать к себе водород и гелий и превращается, в конце концов, в газового гиганта. Планета чуть меньшей массы, приблизительно 6-8 земных масс, и не достигнувшая пороговой массы в 10 земных масс, оказывается состоящей преимущественно из льда и камней, как спутники планет-гигантов в Солнечной системе. Если такая планета оказывается с одной стороны достаточно массивной чтобы расчистить свою собственную орбиту вокруг звезды и не быть захваченной сформировавшимся неподалёку газовым гигантом, и с другой стороны недостаточно массивной, чтобы притягивать водород и гелий из газопылевого облака, в котором она формируется, то в итоге, в упрощённой модели, получается ледяная планета, состоящая приблизительно наполовину из льда и наполовину из твёрдых пород.

В процессе миграции, из-за мощных турбулентных возмущений которые могут возникать в протопланетарном газопылевом диске, вследствие чего орбита планеты может измениться, такая ледяная планета массой в 6-8 земных масс может оказаться достаточно близкой к своей звезде для того, чтобы внешняя ледяная кора планеты расплавилась и планета оказалась полностью покрытой океаном жидкой воды глубиной в 72-133 километров. Давление на дне такого океана, составляющее порядка 1-2 ГПа (10-20 тыс.атм.) является достаточным для формирования полиморфных модификаций льда, которые тяжелее жидкой воды и при таком давлении никогда не будут таять. Ниже будет располагаться твердая кора из льда различных модификаций толщиной около 4850 километров, и, наконец, твёрдое ядро радиусом около 7900 километров, состоящее из каменной мантии толщиной 3500 километров и металлического ядра радиусом в 4400 километров.

Для возникновения биологической жизни подобной земной, необходимо чтобы планета находилась в обитаемой зоне. Это позволило бы растаять прослойке льда на поверхности. Помимо этого, необходимы минералы, находящиеся в планетарной коре. У данного типа планет между слоем жидкой воды и корой находится толстый слой твёрдого льда, перекрывающий доступ к минералам. Последние, однако, могут быть занесены метеоритами и кометами.

17 декабря 2009 года была открыта планета GJ 1214 b, которая благодаря своим характеристикам большинством астрономов была причислена к классу планета-океан. А в феврале 2012 года группа астрономов под руководством Захори Берта из Гарвард-Смитсонианского центра астрофизики подтвердили данную гипотезу. Они изучали атмосферу планеты во время её транзита по диску своей звезды при помощи телескопа Хаббл и пришли к выводу, что она состоит из густого водяного пара с небольшой примесью гелия и водорода. Однако учитывая довольно высокую температуру на поверхности планеты, по сравнению с земной (около 200°C), учёные считают, что вода на планете находится в таких экзотических состояниях как «горячий лёд» и «супержидкая вода», которые не встречаются на нашей планете.

По некоторым расчетам, каждая четвертая звезда солнечного типа может иметь возле себя планету-двойник нашей Земли. А на таких почти обязательно имеется океан жидкой воды.

Под двойниками Земли подразумеваются планеты, близкие нашей не только по размерам и минеральному составу, но и по характеристикам орбиты. В идеале, она должна быть почти округлой, чтобы годовые перепады температуры не были слишком велики, и располагаться в пределах «обитаемой зоны» своей звезды, т.е. там, где не слишком холодно, чтобы вся вода превращалась в лед, и не слишком горячо, чтобы она испарялась. Судя по всему, этого достаточно, чтобы на планете плескался целый океан жидкой воды – идеальной колыбели для зарождающейся жизни.

Несмотря на многолетние споры и исследования, до сих пор не существует единого представления о происхождении воды на нашей планете. По одним версиям, она уже была в составе газопылевого облака, из которого сконденсировалась Земля. По другим, была занесена в ходе интенсивной кометной и астероидной бомбардировки, которой подверглась наша молодая планета. По третьим, она высвободилась из гидратированных минералов в процессе формирования Земли. Имеются и другие гипотезы – возможно, все они в той или иной степени правы, и вопрос состоит лишь в относительном вкладе каждого из механизмов в образование Мирового океана.

В любом случае, если отбросить «космические», внешние источники, и взять лишь версию о наличии воды в исходном материале, из которого образовалась планета, то на этой основе можно построить вполне рабочую теоретическую модель и оценить вероятность развития подобного сценария у какой-нибудь далекой звезды.

Если вести речь действительно о планете-двойнике Земли, с тяжелым металлическим ядром, окруженным богатой кремнием мантией, то можно с достаточной уверенностью ожидать, что по мере ее остывания вода вместе с другими легкими молекулами будет подниматься из недр наверх. Разогретая до пара, она может вырываться мощными струями в атмосферу (вместе с углекислым газом), где будет образовывать тяжелые тучи и дождем выпадать на поверхность. Остальное – дело техники: если планета достаточно велика, чтобы гравитация ее могла удерживать плотную атмосферу, и если температурный режим позволяет – рано или поздно, вода образует огромный океан.

К слову сказать, нет особых причин сомневаться в том, что протопланетное облако, из которого образовалась Земля и ее соседки, не было насыщено молекулами воды. Объекты, сформировавшиеся в той далекой древности из того же облака – астероиды и кометы – исключительно богаты водой, содержание которой может достигать 20%.

В этом смысле от них резко отличаются планеты и другие крупные тела, вещества в которых достаточно для протекания дифференциации – т.е. разогрева до расплавленного состояния, которое приводит к погружению более тяжелых элементов и соединений вглубь, и выталкиванию более легких к поверхности. В ходе этого процесса вода и углекислый газ, как было сказано выше, вырываются горячими струями, и если гравитационных сил тела недостаточно – улетают в космос. Этот механизм объясняет, почему на таких дифференцированных телах воды обнаруживается намного меньше – порядка 3%.

Но если объект приближается по размерам к средних размеров планете вроде Земли, притяжение ее удерживает воду и углекислый газ в атмосфере. В конце концов это приводит к появлению океана. Это подтвердило и недавнее компьютерное моделирование процесса формирования планеты-двойника Земли. Если только в исходном протопланетном облаке воды было хотя бы 1-3%, образовавшиеся из него планеты будут иметь достаточно воды, чтобы ее раскаленные струи из недр массово вырывались в атмосферу. Если планета имеет массу от 0,5 до 5 земной, она удержит эти вещества возле себя – и примерно через сотню миллионов лет после рождения приобретет очень даже неплохой океан воды.

Во Вселенной должны существовать планеты, покрытые океанами в сотни километров глубиной. Даже в Солнечной системе их нет лишь по чистой случайности, – утверждают французские астрономы. Известно, что малые планеты, формирующиеся во внешних областях звездных систем, по составу очень близки к кометам: 50% льда, 50% твердой породы. Если подобное небесное тело набирает около 10 земных масс, оно становится достаточно тяжелым для того, чтобы притянуть к себе близлежащий водород и гелий, и превратиться в газового гиганта. Но что случится, если периферийная планета не достигнет этой пороговой массы? Согласно результатам исследования, проведенного группой Франка Селси (Franck Selsis), у нее есть все шансы стать планетой-океаном.

Этот термин впервые употребил французский астроном Алан Легер (Alain Léger), предположивший существование подобных миров в еще 2003 году. Сравнительно небольшое образование из скал и льда скорее всего будет захвачено газовым гигантом, формировавшимся где-нибудь неподалеку и превратится в спутник наподобие Европы или Титана (известно, что эти объекты как раз и состоят в основном из льда и скал, причем под. их ледяной поверхностью вполне могут скрываться жидкие океаны). Однако у крупной ледяной планеты есть шанс избежать подобной участи, расчистив себе собственную орбиту вокруг центральной звезды. Созданные Франком Селси компьютерные модели показывают, что планеты могут мигрировать по направлению к солнцу и обратно из-за мощных турбулентных возмущений, которые должны возникать в протопланетном газопылевом диске. Следовательно, некоторые ледяные планеты вполне способны приблизиться к звезде на расстояние, достаточное для таяния льда и образования жидкого океана.

Как это ни странно звучит, на Земле воды на самом деле не очень много, она составляет менее 1/4000 от общей массы планеты. Тем не менее, этого хватает, чтобы покрыть океаном 2/3 земной поверхности. А на растаявшей ледяной планете вода должна покрывать всю поверхность целиком, причем довольно толстым слоем – средняя глубина океана, по расчетам французских ученых, может достигать 100 километров и более. На дне такой планеты скрывается твердое ядро, аналогичное земному, а вот мантия будет состоять не из магмы, а из экзотической формы льда: при колоссальном давлении в десятки миллионов атмосфер, характерном для столь больших глубин, вода просто не может существовать в обыкновенном жидком состоянии. Если планета-океан продолжит миграцию по направлению к своему солнцу, океан в какой-то момент начнет закипать. В глубине, возле ледяной мантии образуется смесь пара и воды с температурой в несколько сотен градусов Цельсия.

В настоящий момент астрономы могут лишь предполагать существование подобных «водных миров», но, скорее всего, их обнаружение является вопросом вполне обозримого будущего. Самые маленькие из найденных экстрасолнечных планет достигают 20 земных масс, между тем критический порог, отделяющий газовых гигантов от планет другого типа, составляет 10 земных масс. Это значит, что для эффективного поиска планет-океанов достаточно лишь немного увеличить мощность телескопов, имеющихся в нашем распоряжении – возможно, эта задача окажется по силам новому французскому спутнику Corot.

Ученые Университета штата Аризона пришли к выводу, что планеты, полностью или почти полностью покрытые океанами, не подходят для поиска жизни. В воде таких небесных тел отсутствует фосфор – основной компонент ДНК и других биологических молекул. По мнению исследователей, развитие жизни происходит только в том случае, если на поверхности планеты протекают процессы выветривания – разрушения горных пород от воздействия воды или атмосферных газов. Фосфор попадает в океаны с потоками дождевой воды с суши, однако, если суши нет, то содержание необходимого для жизни элемента будет в три-четыре раза меньше, чем на Земле.

В таком случае, если живые организмы на планете-океане все же появятся, они будут напоминать микроскопические водоросли, а их число будет слишком небольшим, чтобы насытить атмосферу кислородом в концентрациях, характерных для Земли. Разглядеть признаки существования жизни на таких объектах с помощью мощных космических телескопов будет невозможно, поэтому, по мнению исследователей, необходимо обращать внимание на планеты с меньшим содержанием воды на поверхности. По словам ученых, это указывает на то, что число пригодных для жизни планет меньше, чем считалось ранее. Даже если небесное тело располагается на оптимальном расстоянии от родительской звезды и существование жидкой воды на ней возможно, это не является достаточным условием для появления организмов.

10 удивительных океанов нашей Вселенной

Алмазные океаны Нептуна и Урана

На внешних пределах Солнечной системы лежат два ледяных газовых гиганта, Нептун и Уран, оба из которых могут хранить невероятные алмазные океаны. Под своими атмосферами обе планеты обладают похожие мантии из воды, аммиака и метановых льдов. Из-за огромных масс, мантии находятся под колоссальным давлением, и средняя их температура варьируется от 1727 градусов по Цельсию до 4727 градусов по Цельсию. Именно в таких экстремальных условиях метан распадается на свои основные компоненты, производя чистый углерод, который под огромным давлением образует алмазы. Высокое давление в сочетании с интенсивной тепловой энергией приводит к тому, что алмазы плавятся, образуя алмазные океаны в основании мантии. Так же, как вода в своей твердой форме всплывает в жидкости, твердые алмазы всплывают над жидкими алмазами, словно «алмазные айсберги» плавая по алмазным океанам. Есть даже теории, предполагающие, что на Уране также идет алмазный дождь. Существование этих великолепных океанов было выдвинуто в качестве гипотезы в ходе экспериментов Ливерморской национальной лаборатории, в условиях которой ученые воссоздали экстремальные условия мантии ледяного гиганта с помощью лазеров, расплавив алмазы до жидкой формы. Если подобные алмазные океаны действительно существуют, мы сможем получить объяснение, почему у обеих планет магнитные полюса смещены от осей.

Магмовый океан Ио

Ио – самое вулканически активное тело в нашей Солнечной системе. На ее поверхности постоянно взрываются вулканы, их больше 400, регулярно извергаются потоки лавы. Причина такой жестокой и частой вулканической активности может заключаться в океане из магмы, расположенном в 50 километрах под поверхностью луны. Этот магмовый океан сохраняется в расплавленном состоянии благодаря двум эффективным методам генерации тепла, один из которых включает своеобразную орбиту Ио. Расположенная между Юпитером и двумя галилеевыми спутниками, Европой и Ганимедом, орбита Ио искривляется в эллиптическую форму, то есть некоторые части ее орбиты проходят ближе к Юпитеру. Из-за гравитационной тяги, поверхность Ио выпирает в высоту до 100 метров. Именно этот приливной насос генерирует огромное количество тепла на Ио, сохраняя океан магмы в жидком состоянии и заставляя вулканический хаос проливаться на поверхность. Ио также получает невероятное количество тепла благодаря электрическому сопротивлению. Летая в 422000 километров от Юпитера, Ио как правило пересекает гигантские магнитные поля газового гиганта, которые превращают маленькую луну в электрогенератор, создающий 400000 вольт и индуцирующий 3 миллиона ампер тока. Именно этот ток несет ответственность за создание молний в верхней атмосфере Юпитера.

Подземный ядерный океан Плутона

В 2015 году зонд «Новые горизонты» завершит свою 3000-дневную миссию к самому краю нашей Солнечной системы, войдя на орбиту ледяной экс-планеты Плутон. Имея только изображения в невысоком качестве, расплывчатые данные об орбитах и спектрах излучения, ученые могут только догадываться, что лежит на поверхности Плутона. И могут, однако, догадываться о многом, в том числе и о существовании подземного океана. При температуре поверхности в -230 градусов по Цельсию, одна только мысль о существовании жидкости на этом бесплодной шарике кажется совершенно безумной, пока вы не задумаетесь о том, из чего состоит каменистое ядро Плутона. Как и у многих других планет нашей Солнечной системы, под поверхностью Плутона имеются радиоактивные элементы, в частности, уран, калий-40 и торий. Когда эти элементы подвергаются радиоактивному распад, они выпускают достаточно тепла, чтобы сохранить воду в жидком состоянии. Таким образом, хотя поверхность Плутона может быть значительно ниже нуля, под ней может скрываться ядерный океан. Только когда зонд «Новые горизонты» достигнет Плутона, мы сможем подтвердить это или опровергнуть.

Kepler-62e: планета-океан

Планета Kepler-62e вращается вокруг красного карлика, который, как ни странно, называется Kepler-6 и удерживает пять планет вокруг. Две из них, Kepler-62e и 62f находятся в чрезвычайно важной потенциально обитаемой зоне. (Не забывайте, что астрономы начинают называть экзопланеты с буквы b, поэтому Kepler-62a не существует). Kepler-62f находится далеко от родительской звезды и, скорее всего, замерзла. Kepler-62e, с другой стороны, может быть более интересной. Несмотря на то, что орбита Kepler-62e находится на расстоянии, сравнимой с орбитой Меркурия, факт того, что родительская звезда планеты холоднее нашего Солнца, говорит о том, что Kepler-62e все еще находится в потенциально обитаемой зоне. Океан на этой планете предполагался пока только с помощью различных моделей, но шансы на его существование остаются высокими. Тем не менее, пока мы не подберемся ближе к Kepler-62e, мы никогда не узнаем подробностей об этом возможном пристанище влажной погоды далеко за пределами Солнечной системы.

Kepler-22b: возможные океаны жизни

Kepler-22b может быть планетой с океаном и находится в обитаемой зоне, так называемой «зоне Златовласки». В этой зоне температура поверхности планеты не слишком горяча, не слишком холодна, может существовать жидкая вода. И как мы все знаем, вода необходима для процветания жизни, а значит, на этом далеком мире может быть жизнь, если только мы не одиноки во Вселенной. Тем не менее, только потому, что планета находится в обитаемой зоне, это не означает автоматически, что на ней будет вода. Некоторые астрономы полагают, что Kepler-22b может быть небольшим газовым гигантом. В 600 световых годах от Земли довольно сложно определить, будет ли эта планета близнецом Земли или нет, но Натали Баталья, замначальника науки Kepler, считает, что «нет ничего невозможного в том, что жизнь может существовать в таком океане».

Подземный океан Энцелада может хранить жизнь

По всему южно-полярному региону шестой по величине луне Сатурна протянулись четыре «тигровых полосы», отметины на поверхности, на которой бурлит криовулканическая активность. Криовулканы выстреливают порядка 250 килограммов водяного пара каждую секунду. Большая его часть возвращается на поверхность Луны, но некоторый уходит во внешнее кольцо Сатурна. Анализ Е-кольца Сатурна выявил натриевые соли внутри зерен льда, которые обычно встречаются в океане, откуда и появилась идея того, что под поверхностью спутника может лежать подземный океан. Во время миссий облета в 2012 году, «Кассини» подтвердил наличие океана, обнаружив гравитационный сигнал воды. Ученые смогли определить, что под поверхностью Энцелада есть океан жидкой воды, объем которого приблизительно равен объему озера Верхнего. Хотя наличие глобального океана пока подтверждено не было, самая глубокая его прослойка находится под южным полюсом Энцелада. Помимо того что подземный океан Энцелада состоит из жидкой воды, он также включает органические соединения (соли натрия), а значит, все основные ингредиенты для существования жизни присутствуют. Эта маленькая луна Сатурна может быть ключевым претендентом на хранение внеземной жизни в нашей Солнечной системе.

Церера и ее невозможный подземный океан

Хотя Церера является крупнейшим объектом в поясе астероидов и на нее приходится треть общего веса пояса, эта карликовая планета по размерам не больше пространства от Москвы до Санкт-Петербурга. По астрономическим меркам, Церера крошечная – диаметром в 950 километров, и поэтому наличие у нее подводного океана еще более удивляет. Почти как и любая другая планета в нашей системе во время ее формирования, Церера нагревалась в процессе радиоактивного распада, который способствовал отделению ее каменного ядра от ледяной мантии. Тем не менее, из-за своего маленького размера, Церера довольно быстро остыла, а лед, соответственно, отвердел. Так думали до тех пор, пока спутник Dawn не пролетел мимо Цереры,обнаружив яркий объект внутри крупного кратера в 80 километров в поперечнике. Некоторые ученые считают, что это яркое пятно может быть криовулканом, а значит, под поверхностью этого крошечного мира находится целый океан.

Крупнейший океан в Солнечной системе

Под 50-километровой тощей кипучих облаков Юпитера находится гигантский океан жидкого водорода. Занимая колоссальные 78% радиуса планеты, этот океан в глубину имеет 54531 километра. Для примера: самая глубокая точка океана Земли – это Challenger Deep в Марианской впадине, которая находится всего в 11 километрах ниже уровня земли. Однако дело даже не в самом океане и его размерах; непонятно, при каких условиях он там существует. Чтобы превратить этот газообразный водород в жидкий, его нужно сжать с огромным давлением, в 100 миллионов раз больше, чем может атмосферное давление Земли. При таких условиях жидкий водород внутри Юпитера становится так называемым жидким металлическим водородом. Давление такого уровня просто невозможно воспроизвести на Земле, поэтому все это остается теорией. Дело в том, что экстремальное состояние недр Юпитера приводит к тому, что электроны, испущенные атомами водорода, порождают тепло и электричество, ключевые свойства металла. Юпитер содержит не только крупнейший океан в нашей Солнечной системе, но и один из самых экстремальных.

Омаровые океаны

Высказывались предположения, что некоторые экзопланеты могут содержать «омаровые океаны». И прежде чем все любители вареных раков упакую свои вещички и отправятся на поиск экзопланет с такими океанами, им стоит знать, что просто форма такая у океанов, и они приливно заблокированы – то есть планета всегда направлена на свою звезду одной стороной. Согласно разным компьютерным моделям, омаровые океаны должны находиться на дневной стороне таких экзопланет. Одна из таких моделей изучила атмосферные и океанические циркуляции и как они будут влиять друг на друга. Используя экзопланеты системы Gliese-581, модель предположила, что может существовать мировой океан, похожий на глубинный океан Земли, с атмосферой из диоксида углерода. И его форма будет удивительной. Вместо круглого океана, который вы ожидали бы найти, будет эллиптический океан, длинная часть которого будет пролегать вдоль экватора. Две «клешнеобразных» формы будут выступать из океана, образуя ракообразное тело водоема. Эти клешни образуются океаническими потоками, которые вращаются подобно циклонам. «Хвост» омара образуется волной Кельвина, которая также рождается в потоке. Пока никаких омаров на приливно заблокированных экзопланетах обнаружено не было, но это может быть и из-за недостатка мощных телескопов.

Планета с адским океаном лавы

Альфа Центавра находится недалеко – всего в 4,2 световых годах от нашего Солнца. Аналогичная Солнцу по размерам, эта звезда имеет по крайней мере одну планету на орбите и, возможно, несколько других. Используя различные техники эффекта Доплера, ученые обнаружили планету земного типа вокруг Alpha Centauri B, которую окрестили Alpha Centauri Bb. Тем не менее Alpha Centauri Bb находится не в обитаемой зоне; на самом деле она больше похожа на ад. Эта планета в 25 раз ближе к звезде, чем наша Земля – к Солнцу, а температура ее поверхности в три раза горячее поверхности Венеры и составляет 1200 градусов по Цельсию. Такая температура привела к тому, что расплавленная порода укрыла поверхность планеты, а значит и жизнь, какой мы ее знаем, не может существовать на Alpha Centauri Bb. Впрочем, астрономы до сих пор спорят о существовании этой планеты. В любом случае, когда ваша планета покрыта океаном раскаленной лавы, гостей и желающих посетить ее будет немного.