– Według naszej bieżącej wiedzy obecność wody w stanie ciekłym jest niezbędna do zaistnienia życia. Nasza praca pokazuje jednak, że tę wodę można znaleźć w miejscach, których nie braliśmy do tej pory pod uwagę. Tak w oświadczeniu napisał Lujendra Ojha, kierownik badań i planetolog z Rutgers University. – To znacznie zwiększa szanse na znalezienie środowisk, w których teoretycznie mogłoby rozwinąć się życie.

Oceany na lodowych egzoplanetach

Ojha i jego współpracownicy odkryli, że nawet egzoplanety pokryte grubą lodową skorupą mogą mieć podpowierzchniowe oceany ciekłej wody.
– Zanim zaczęliśmy rozważać tę wodę pod powierzchnią lodu, szacowano, że na sto gwiazd może przypadać jedna planeta skalista. Taka, na której występuje woda w stanie ciekłym. Nasz model pokazuje, że jeśli warunki są odpowiednie, rachunek może wyglądać dokładnie odwrotnie. Mówimy o jednej planecie skalistej z rezerwuarem ciekłej wody na gwiazdę. Oznacza to, że mamy 100 razy większe szanse na znalezienie ciekłej wody, niż do tej pory sądziliśmy – tłumaczy planetolog.

W samej tylko galaktyce Drogi Mlecznej znajduje się minimum 100 miliardów gwiazd. To oznacza, że liczba potencjalnych planet z oceanami ciekłej wody wynosi również minimum 100 miliardów. 

Jak skaliste planety są ogrzewane od wewnątrz?

Naukowcy badali egzoplanety znajdujące się wokół najpowszechniejszego typu gwiazd w naszej galaktyce, czyli czerwonych karłów, które są mniejsze i chłodniejsze niż nasze Słońce. Czerwone karły, znane również jako karły typu M, nie tylko stanowią około 70% gwiazd w Drodze Mlecznej, ale są także gwiazdami, wokół których znaleziono większość skalistych światów podobnych do Ziemi.

Zespół rozważał dwa sposoby, w jakie skaliste planety z lodową skorupą mogą być ogrzewane od wewnątrz. To pozwala im utrzymać podziemną wodę w stanie ciekłym.

– Jako Ziemianie mamy szczęście, ponieważ w ziemskiej atmosferze krąży ilość gazów cieplarnianych pozwalających na to, by woda w stanie ciekłym mogła występować na powierzchni. Jednak, gdyby Ziemia straciła swoje gazy cieplarniane, średnia globalna temperatura powierzchni wynosiłaby około minus 18 stopni Celsjusza. Większość ciekłej wody powierzchniowej by całkowicie zamarzła – wyjaśnił Ojha.  Właśnie to stało się na naszej planecie kilka miliardów lat temu, gdy wody powierzchniowe całkowicie zamarzły. Ale to, że Ziemię pokrywał gruby lód nie oznaczało jeszcze, że podskórne wody również zamarzły. 

Przeciwnie, wiele wskazuje na to, że w głębi naszej planety nadal istniała woda w stanie płynnym. We wnętrzach wielu planet, w tym naszej, zachodzą reakcje jądrowe, a bardziej konkretnie procesy radiogeniczne. W przypadku Ziemi mówimy głównie o rozpadzie izotopów uranu, toru i potasu. Jednym z wyników tego procesu jest emitowanie ciepła. Właśnie dlatego, chociaż wody powierzchniowe zamarzły, te podpowierzchniowe mogły pozostać w stanie ciekłym. 

Co zapewnia ciekłą wodę na Ziemi?

– Ciepło z procesów jądrowych zachodzących głęboko w Ziemi może ogrzać wodę wystarczająco, aby utrzymać ją w stanie ciekłym – wyjaśnia Ojha. Nawet dzisiaj widzimy to w miejscach takich jak Antarktyda i kanadyjska Arktyka. Pomimo mroźnej temperatury istnieją tam duże podziemne jeziora ciekłej wody, podtrzymywane przez ciepło generowane przez radioaktywność.

Badacz dodaje, że istnieją dowody sugerujące, że ogrzewanie poprzez wewnętrzne reakcje termojądrowe może również mieć miejsce obecnie w pobliżu południowego bieguna Marsa.

– Modelowaliśmy możliwość generowania i podtrzymywania ciekłej wody na egzoplanetach krążących wokół karłów typu M, biorąc pod uwagę tylko ciepło generowane przez planetę – mówi Ojha. Odkryliśmy, że gdy weźmie się pod uwagę możliwość utrzymania ciekłej wody przez radioaktywność, jest prawdopodobne, że wysoki procent tych egzoplanet może mieć wystarczającą ilość ciepła, aby utrzymać wodę w stanie ciekłym. Musi być ich o wiele więcej niż dotąd sądziliśmy.

Skąd się bierze ciepła woda na innych planetach?

Inny możliwy mechanizm ogrzewania, który mógłby pomóc w utrzymaniu ciekłej wody poniżej zamarzniętej powłoki planetarnej, powstaje w wyniku grawitacyjnego wpływu większego ciała, powodując, że wnętrze zewnętrznie zamarzniętego świata kurczy się i rozciąga. Takie procesy zachodzą na ciałach Układu Słonecznego. 

– Niektóre księżyce naszego układu, jak choćby Europa lub Enceladus, mają znaczne podpowierzchniowe rezerwuary wody w stanie ciekłym. Mimo że ich powierzchnie są całkowicie zamarznięte – zauważył Ojha, odnosząc się odpowiednio do lodowych księżyców Jowisza i Saturna.

Dzieje się tak dlatego, że ich wnętrze jest nieustannie odkształcane przez efekty grawitacyjne dużych planet, wokół których krążą. Przypomina to wpływ naszego Księżyca na pływy, ale tam tzw. siły pływowe działają znacznie silniej. Efekt ten nie tylko uczynił Europę i Enceladusa głównymi kandydatami do znalezienia życia w Układzie Słonecznym. Choć ma również wpływ na podtrzymujące życie środowiska na światach krążących wokół innych gwiazd.

NASA wkrótce zbada co najmniej jeden lodowy świat w granicach Układu Słonecznego. Sonda Europa Clipper ma wystartować w kierunku systemu Jowisza w 2024 roku i dotrzeć sześć lat później. Teraz głównym wyzwaniem pozostaje opracowanie sposobów wykrywania tych siedlisk przez przyszłe teleskopy.

ŹRÓDŁO: Liquid water on cold exo-Earths via basal melting of ice sheets | Nature Communications