В объятиях красного карлика: оценена возможность жизни на экзопланетах с приливной блокировкой

Группа ученых под руководством Дайсуке Ното обнаружила, что на экзопланете LHS 3844b, несмотря на экстремальный перепад температур (от +2000°C на дневной стороне до почти абсолютного нуля на ночной), могут существовать условия, пригодные для жизни. Исследователи выяснили, что приливная блокировка создает устойчивую циркуляцию в мантии планеты, которая перераспределяет тепло и может поддерживать умеренный климат в средних широтах. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications.

Экзопланета LHS 3844b, расположенная в 48,5 световых годах от Земли, обращается вокруг своей звезды настолько близко, что всегда повернута к ней одной стороной. Это явление, известное как приливная блокировка, приводит к формированию двух абсолютно разных миров в пределах одного небесного тела: одна половина планеты вечно жарится под прямыми лучами красного карлика, где температуры достигают 1000-2000 Кельвинов, а другая погружена в вечную ночь с температурой, приближающейся к абсолютному нулю.

Такие контрастные условия традиционно считались непреодолимым препятствием для возникновения жизни, однако Дайсуке Ното и его коллеги из Японского агентства морских и земных наук и технологий, а также Университета Хоккайдо решили проверить, может ли жизнь найти обходные пути даже в столь необычной и суровой среде.

Вместо того чтобы строить дорогостоящие компьютерные модели или ждать непосредственных наблюдений, исследователи прибегли к изящному лабораторному эксперименту. Они использовали прямоугольный резервуар, заполненный вязким глицерином с термохромными жидкими кристаллами, которые меняют цвет в зависимости от температуры. По краям емкости разместили четыре термостата, создававших градиенты нагрева и охлаждения, имитирующие условия на дневной и ночной сторонах экзопланеты, а также на поверхности и в глубине мантии. Эта на первый взгляд простая установка позволила воспроизвести физику конвективных процессов, которые происходят в каменистой оболочке планеты на протяжении миллиардов лет.

Результаты эксперимента превзошли ожидания. В отличие от хаотичной и фрагментированной конвекции в земной мантии, где горячие потоки перемещаются под тектоническими плитами, создавая вулканические цепочки, на LHS 3844b сформировалась удивительно стабильная и предсказуемая система циркуляции.

Горячий материал поднимается от дневной стороны, медленно течет по верхней части мантии в сторону ночной стороны, где остывает и опускается вглубь, после чего возвращается обратно по нижнему течению. Этот замкнутый цикл, напоминающий вечное, но размеренное дыхание планеты, создает единую циркуляционную ячейку, которая работает подобно гигантскому конвейеру, перераспределяющему тепловую энергию. Ученые с иронией отмечают, что такой процесс даже немного скучен по сравнению с земным, но именно эта монотонность и предсказуемость может оказаться ключевым фактором для выживания.

Важнейшим открытием стало то, что в этой стабильной системе иногда возникают грибовидные восходящие потоки — мантийные плюмы, которые, в отличие от земных аналогов (например, под Гавайями или Исландией), остаются неподвижными и всегда формируются в одном и том же месте. Это означает, что геотермальный нагрев на поверхности экзопланеты распределяется не равномерно, а создает локальные зоны с умеренной температурой, особенно в средних и высоких широтах.

Именно там, по мнению исследователей, тепловой поток может быть достаточным для поддержания жидкой воды в подповерхностных слоях, несмотря на ледяной холод ночной стороны или палящий зной дневной. Ученые установили, что показатели теплопередачи в их модели (числа Нуссельта) оказались сопоставимы с земными, что говорит о принципиальной возможности существования геотермальных оазисов, защищенных от космического холода толщей пород.

Хотя в рамках данного эксперимента не удалось проверить влияние этого постоянного мантийного течения на жидкое ядро планеты, исследователи предполагают, что такие процессы могут генерировать магнитные поля, отличные от земного дипольного. Это открывает совершенно новое направление для астробиологических исследований: вместо поиска планет-близнецов Земли можно целенаправленно изучать приливно-захваченные миры, где внутренняя геодинамика способна создавать микроклиматические убежища для гипотетической жизни.

Работа Ното и его коллег демонстрирует, что даже в экстремальных условиях, где температура на разных полушариях различается на тысячи градусов, природа может находить способы поддерживать стабильные условия для жизни за счет скрытых от наших глаз глубинных процессов, что в корне меняет представления о потенциальной обитаемости таких далеких миров.

Таким образом, главный результат исследования заключается в том, что экзопланеты с приливной блокировкой, которые ранее считались слишком враждебными для жизни, на самом деле могут обладать внутренними механизмами терморегуляции, способными создавать локальные умеренные зоны.

Устойчивая циркуляция мантии, выявленная в лабораторных экспериментах, не только перераспределяет тепловой поток от дневной стороны к ночной, но и формирует стационарные геотермальные аномалии, которые в средних широтах могут поддерживать температуру, совместимую с существованием жидкой воды. Эти выводы дают новый оптимистичный взгляд на поиск жизни за пределами Солнечной системы, показывая, что даже миры с вечным днем и вечной ночью способны предоставить убежище для биологических процессов, если рассматривать их не только с поверхности, но и с учетом глубинной динамики недр.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях