Учёные выяснили что планеты с вечным днём и бесконечной ночью могут быть пригодны для жизни

Астрономы выяснили, что некоторые экзопланеты, где одна сторона постоянно обращена к своей звезде, а другая навсегда погружена во тьму, могут иметь условия, подходящие для существования жизни. Новое исследование показало, что приливная блокировка, несмотря на экстремальные температуры, способна создавать устойчивые области с умеренным климатом.

Одним из таких миров является экзопланета LHS 3844b, которая лишь немного больше Земли и обращается вокруг красного карлика LHS 3844, расположенного примерно в 48,5 световых годах от Солнечной системы. Планета была обнаружена в 2018 году с помощью космического телескопа NASA TESS и совершает полный оборот вокруг своей звезды всего за 11 часов.

Из-за очень близкой орбиты LHS 3844b, вероятнее всего, находится в состоянии приливной блокировки. Это означает, что скорость вращения планеты вокруг своей оси совпадает со скоростью её обращения вокруг звезды, поэтому одна сторона всегда направлена к светилу, а другая постоянно остаётся в тени.

На дневной стороне такой планеты царит вечный раскалённый день с температурой около 1000–2000 кельвинов, тогда как ночная сторона может быть настолько холодной, что движение частиц практически прекращается при температуре, близкой к абсолютному нулю — 0 кельвинов.

Дайсукэ Ното, постдокторант лаборатории GEFLOW Университета Пенсильвании, решил выяснить, может ли жизнь существовать в столь экстремальных условиях. По его словам, поверхностная оценка температур может привести к выводу, что такие планеты полностью непригодны для жизни, однако природа может создавать более сложные условия.

«Жизнь может найти путь даже там, где окружающая среда кажется крайне суровой», — отметил исследователь.

Вместе с коллегами из Японского агентства морских наук и технологий и Университета Хоккайдо Ното показал, что подобные экзопланеты могут обладать более благоприятными локальными условиями благодаря распределению тепла внутри планеты.

Учёные отмечают, что приливная блокировка является не редким исключением, а распространённым явлением во Вселенной. Многие планеты и спутники, находящиеся близко к своим звёздам или родительским объектам, вращаются таким образом, что всегда обращены к ним одной стороной.

Самым известным примером является Луна, которая всегда показывает Земле одну и ту же сторону. Однако для экзопланет, расположенных возле красных карликов, подобное состояние может быть гораздо более распространённым из-за близких орбит.

Чтобы понять, что происходит внутри таких миров, исследователи изучили движение вещества в мантии — огромном слое горячих пород, расположенном между корой и ядром планеты. Именно процессы в мантии могут играть ключевую роль в распределении тепла и формировании условий для потенциальной жизни.

Создать настоящую экзопланету в лаборатории невозможно, поэтому учёные использовали физическую модель. Они построили небольшой прямоугольный резервуар, заполненный вязкой жидкостью — глицерином, в которую добавили термохромные жидкие кристаллы, меняющие цвет в зависимости от температуры.

Эксперимент позволил им смоделировать разницу температур между постоянно освещённой и постоянно тёмной сторонами планеты. С помощью четырёх термостатов исследователи создавали температурные градиенты, имитирующие области возле звезды и противоположную сторону планеты.

Учёные обнаружили, что движение вещества в такой модели постепенно стабилизируется. Горячий материал поднимается на дневной стороне, перемещается вдоль верхней части слоя, остывает и опускается на ночной стороне, после чего возвращается обратно в глубине планеты.

По словам Ното, такое движение значительно отличается от процессов внутри Земли. В отличие от нашей планеты, где мантия отличается сложной и хаотичной динамикой, в приливно заблокированных мирах циркуляция может быть медленной, устойчивой и предсказуемой.

Иногда в эксперименте возникали похожие на грибовидные структуры восходящих потоков — так называемые мантийные плюмы. Однако в отличие от земных горячих точек, таких как вулканы на Гавайях или в Исландии, эти образования не перемещались, а постоянно возникали в одном и том же месте.

Модель показала, что перенос тепла в таких планетарных системах может иметь значения, сравнимые с земными процессами. Это указывает на возможность существования локальных геотермальных зон, где могут сохраняться условия, необходимые для химических процессов, связанных с возникновением жизни.

Особый интерес представляют промежуточные области между вечным днём и вечной ночью — так называемые зоны сумерек. Именно там температура может быть значительно мягче, чем на раскалённой дневной стороне или ледяной ночной стороне планеты.

Исследователи считают, что подобные внутренние процессы могут также влиять на жидкое ядро планеты и формирование магнитного поля. Если такие миры обладают магнитной защитой, она может существенно изменить их потенциальную пригодность для жизни.

Проверить это в рамках нынешнего эксперимента невозможно, однако учёные считают направление перспективным для будущих исследований. В дальнейшем команда планирует использовать аналогичные лабораторные модели для изучения различных геофизических процессов как на Земле, так и на других планетах.

Результаты работы показывают, что экстремальные экзопланеты с вечным днём и вечной ночью не обязательно являются полностью мёртвыми мирами. Даже в условиях огромных температурных различий внутри планеты могут существовать устойчивые процессы, способные создавать локальные области с потенциально пригодными условиями для жизни.

Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.