Определён минимальный размер обитаемых экзопланет

Недавние успехи в наблюдениях за экзопланетами позволили обнаруживать всё более мелкие миры. Однако ключевой вопрос остаётся: насколько маленькой может быть планета, чтобы сохранять атмосферу на протяжении миллиардов лет?

Недавние успехи в наблюдениях за экзопланетами позволили обнаруживать всё более мелкие миры. Однако ключевой вопрос остаётся: насколько маленькой может быть планета, чтобы сохранять атмосферу на протяжении миллиардов лет?

Исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде разработали модель STEHM (Smaller Than Earth Habitability Model). Они смоделировали планеты с радиусом от 0,5 до 1,0 земного, находящиеся в обитаемой зоне звезды, подобной Солнцу. Результаты показали чёткую границу: тела радиусом не менее 0,8 земного способны удерживать атмосферу в течение гигалет, тогда как более мелкие объекты быстро её теряют.

Почему размер так важен? Во-первых, гравитация: у маленькой планеты она слабее, поэтому атмосферные газы легче преодолевают притяжение и улетучиваются в космос (так называемый «уход Джинса»). Во-вторых, внутреннее охлаждение: из-за большого отношения площади поверхности к объёму такие миры остывают быстрее. Это приводит к утолщению литосферы и прекращению вулканической активности, а ведь именно вулканы обеспечивают дегазацию и долгосрочное пополнение атмосферы.

Модель демонстрирует, что планета радиусом 0,6 земного сохранит атмосферу примерно 400 миллионов лет, а с радиусом 0,5 — лишь 30 миллионов лет. Для сравнения: геологическая история Земли насчитывает свыше 4,5 миллиардов лет, а жизнь зародилась около 3,5 миллиардов лет назад. Так что короткий атмосферный век маленьких планет вряд ли оставляет шанс на развитие сложной биосферы.

Впрочем, существуют и редкие исключения. Если планета изначально содержит большое количество углерода, имеет очень маленькое ядро (или вовсе его лишена) либо сформировалась при необычно низких температурах мантии, она может дольше удерживать газовую оболочку. При «холодном старте» внутреннее тепло выделяется медленнее, а звезда-хозяин тем временем успевает состариться и снизить опасное ультрафиолетовое излучение.

Тем не менее такие сценарии требуют маловероятного стечения обстоятельств. Начальный запас углерода оказался наиболее влиятельным параметром, но чтобы существенно продлить жизнь атмосфере, его содержание должно отличаться от земного на порядки. Аналогично, содержание радиоактивных элементов и доля ядра играют менее значимую роль.

Таким образом, будущие миссии по поиску внеземной жизни могут смело отсеивать экзопланеты радиусом менее 0,8 земного. Самые перспективные кандидаты — миры размером с Землю или чуть меньше, но не менее указанного порога. Это важное ограничение для телескопов следующего поколения, таких как James Webb и планируемый «Платонов».