Экзолуны: моря лавы или обезвоженные скалы?

Экзолуны: моря лавы или обезвоженные скалы?

Рене Хеллер (René Heller) из Университета Макмастера (Канада) и Хорхе Сулуага (Jorge Zuluaga), представляющий Антиокийский университет (Колумбия), всесторонне рассмотрели вопрос, который считается ключевым для потенциальной обитаемости экзолун.

Как все помнят, в зонах обитаемости вокруг значительного числа звёзд обнаружено довольно много планет-гигантов. Хотя сами они жизнь земного типа вряд ли способны породить, но, как подсказывает Солнечная система, рядом с любым гигантом существует по меньшей мере один крупный спутник, богатый водой и углеводородами. Будь они в зоне обитаемости (а два из них по размеру превосходят Меркурий), спутники «наших» газовых гигантов теоретически были бы вполне пригодны для развития довольно сложной жизни.

Впрочем, если у них не будет сильного магнитного поля, как это случилось по неясным причинам с Венерой, то поверхностная радиация убьёт любую жизнь, а вода сможет интенсивно «утекать» из атмосферы в пустоту космоса, делая такие тела безводной пустыней.

Как определить, будут ли у экзолун магнитосферы такой интенсивности, которая не допустит столь грустного сценария?

Когда авторы работы попытались прояснить этот вопрос, их ждало разочарование: лишь самые крупные из экзолун наделены магнитосферным потенциалом. Та же ситуация и в Солнечной системе: лишь крупнейший из местных спутников, Ганимед, обладает собственным магнитным полем, да и само его существование до некоторой степени удивительно. Так что, заключают учёные, в безопасности могут быть только те экзолуны, которые полностью накрыты магнитосферой хозяйских планет, — как Титания, стопроцентно защищённая магнитным полем Урана, или те же крупные спутники Юпитера.

Как подчёркивают учёные, магнитосферы планет-гигантов весьма велики. В случае Юпитера они выступают в космос на 50 планетных радиусов, то есть до 3,5 млн км, или вдевятеро дальше, чем Луна отстоит от Земли. Но вот вопрос: каковы по размерам магнитосферы экзопланет-гигантов?

Чтобы выяснить это, Хорхе Сулуага использовал разработанную им модель, которая, по его словам, в случае нашей системы справляется с обсчётом магнитного поля по размерным данным небесных тел, в диапазоне их масс от Ганимеда до Юпитера.

Но тут нужно учесть ещё одно обстоятельство: даже если магнитное поле экзопланеты достаточно сильно для того, чтобы оградить луну от внешних воздействий, последняя не может располагаться ближе определённого расстояния от хозяина. В противном случае приливной разогрев, вызванный гравитацией газового гиганта, либо вскипятит воду на спутнике, либо (в лучшем случае) вызовет на нём мощнейшие извержения вулканов, как это происходит на Ио, юпитерианском компаньоне. Вряд ли сложная жизнь будет рада постоянной полировке планетарной поверхности лавой. А очень похоже, что именно этот вариант грозит любому спутнику на месте Ио.

Сопоставив сей «внутренний край обитаемости» экзолун с вычисленными размерами магнитосфер планет в весовом диапазоне «Юпитер — Нептун», авторы пришли к выводу, что всё плохо. В деталях: магнитосфера может защищать спутники, но тогда они столь близки к планете, что их поверхность часто будет покрыта лавой от извержений. Или же спутники могут быть удалены на безопасное расстояние, но не защищены магнитным полем — кроме гигантов типа Ганимеда. Однако Ганимеды редки (быть может, один на систему), то есть большинство экзолун либо будет необитаемо, либо послужит прибежищем только для экстремофилов. Словом, обитателям Пандоры пришлось бы довольно плохо, уверены учёные.

Конечно, есть пара моментов, которые они слегка упростили, чтобы прийти к таким выводам. Например, приливная деформация луны зависит от вытянутости её орбиты. Чем ближе орбита к правильному кругу, тем меньше приливной разогрев. Следовательно, спутник, вращающийся по правильному кругу, не пострадает от разогрева. Наконец, в системе спутников Юпитера мы видим объекты, одновременно более удалённые от хозяина, чем Ио, и в то же время защищённые магнитным полем газового гиганта (большие спутники Юпитера). Иначе говоря, и здесь не всё так безнадёжно.

Правда, в своих вычислениях авторы брали средние эксцентриситеты спутников Солнечной системы. Потому «в среднем» они правы: приливной разогрев будет важным фактором. Но всегда ли отрицательным? Напомним: в Солнечной системе множество спутников подвергается такому разогреву. Но лишь у немногих мы видим активный вулканизм, вызванный приливным взаимодействием с гигантами. И ни один из крупных спутников газовых гигантов не перегрет до состояния, при котором теряет воду. Они так далеко от Солнца, что приливного разогрева не хватает даже для достижения 250 К — то есть, по сути, там довольно холодно. Находись газовые гиганты нашей системы на орбите Цереры, приливное взаимодействие вкупе со светом Солнца вполне могло бы дать спутнику умеренную температуру без особого вулканизма или избыточного нагрева поверхностной воды. Впрочем, в этом случае такие экзолуны будут располагаться совсем не в формальной зоне обитаемости, которая для нашей системы заканчивается на орбите Марса, то есть намного ближе к Солнцу, чем орбита Цереры. Следовательно, поиск только в зоне обитаемости не даст астрономам углядеть потенциально обитаемую экзолуну...

Отчёт об исследовании принят к публикации в издании Astrophysical Journal Letters, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Института физики Антиокийского университета