Найрозповсюдженішим хімічним елементом у Всесвіті є водень. Він зустрічається там як в атомарному вигляді, так і у формі двоатомних молекул (Н₂). Оцінки його концентрації в межах Чумацького Шляху дають величину в 739 тисяч атомів на мільйон, тобто майже 74%. Переважно з водню складаються зорі та планети-гіганти.
Наступний за розповсюдженістю елемент — гелій — частково утворився під час так званого первинного нуклеосинтезу невдовзі після Великого вибуху, а частково є продуктом термоядерних реакцій у надрах зір, що забезпечують їх енергією для світіння. Це, можна сказати, найблагородніший з інертних газів: у хімічні реакції з іншими елементами він вступає в дуже жорстких умовах, а отримані сполуки виявляються вкрай нестійкими. Отже, якщо водню в цьому Всесвіті «забажається» з кимось сполучитися — найімовірніше, він це зробить із третім за розповсюдженістю елементом, тобто киснем (його в нашій Галактиці майже у сто разів менше, ніж водню та гелію разом узятих).
Досвідчені читачі скажуть, що результатом такої взаємодії стане вода — і матимуть рацію, якщо йдеться про «нормальні» земні умови. Насправді в ході реакції кисню та водню спочатку утворюється гідроксильний радикал OH, який в умовах розріджених хмар міжзоряного газу може існувати роками. Далі він має прореагувати зі ще одним атомом водню — й от уже тоді ми отримаємо звичну нам молекулу Н₂O. Звичайно, у космосі більша частина води перебуває в газоподібному стані. Але завдяки утворенню так званих водневих зв’язків її молекули вже за порівняно високої температури (власне, при 0°С, або ж 273,15 кельвінів) можуть утворювати складні «конструкції», відомі під загальною назвою льоду.
Структура кристалічного льоду
Щоправда, найчастіше це не той кристалічний лід, до якого ми звикли на Землі. Вважається, що більша частина льоду в космосі — аморфна, тобто не має чіткої структури. Саме у такій формі, згідно з сучасними уявленнями, він входить до складу комет, що з часів зародження Сонячної системи існують в умовах космічного вакууму. Приблизно такий лід учені сподіваються знайти у «холодних пастках» на полюсах Місяця — у кратерах, на дно яких ніколи не потрапляють промені Сонця.
Здавалося би, для того, щоб лід «утримався» на поверхні небесного тіла, достатньо, щоб воно мало температуру нижче 0°C. Але це не зовсім так. У вакуумі навіть «за нуля градусів» лід досить швидко випаровується, та й не лише у вакуумі — пригадайте, як висихає на морозі мокра білизна: спочатку вона цілком закономірно твердне, але згодом від «заледеніння» не залишається і сліду. Тому в планетології існує поняття «льодової лінії». Насправді це умовна сфера, поза якою сонячного тепла вже недостатньо, щоб ефективно випаровувати лід. Згідно з різними розрахунками, в нашій Сонячній системі її радіус складає від 2,7 до 3,1 а.о. (400-460 млн км).
Цікавим прикладом тут може бути карликова планета Церера (1 Ceres), орбіта якої пролягає неподалік «льодової лінії». У 2015 році її досліджував американський автоматичний апарат Dawn. Екватор цього небесного тіла мало нахилений до площини орбіти, тому в його приекваторіальних областях льоду на поверхні немає, але в околицях полюсів його ознаки простежуються дуже виразно.
Всі супутники планет Сонячної системи, що перебувають поза «льодовою лінією» (за небагатьма винятками, найвідомішим із яких є найближчий до Юпітера великий супутник Іо), мають льодяну поверхню. Вчені схильні вважати, що подібні тіла досить часто зустрічаються також в околицях інших зір. Якщо їхній діаметр перевищує 500 км, це означає, що під час формування вони, найімовірніше, пройшли стадію «глобального океану», тому зараз укриті не аморфним льодом, а набагато міцнішим кристалічним — тим, із яким ми стикаємося в нашому земному побуті.
На жаль, довести наявність водяного льоду на поверхні небесного тіла дистанційними методами досить важко, тому астрономи шукають непрямі ознаки його присутності. Наприклад, воду в газоподібному стані, яку можна зареєструвати спектральними методами: вона утворюється в результаті часткового випаровування льодовиків. Дослідження з близької відстані за допомогою міжпланетних апаратів здатні розповісти нам набагато більше.
Європа — найменший із чотирьох галілеєвих супутників Юпітера — являє собою найбільш сферичний об’єкт Сонячної системи. Відхилення її форми від правильної сфери не перевищують кількох сотень метрів за діаметра 3122 км. Фактично це величезна «космічна крапля» з кам’яним ядром у центрі, поверхня якої вкрита льодяною корою завтовшки в сотню кілометрів. Гравіметричні дослідження дозволяють стверджувати, що глобальний підлідний океан цього супутника містить як мінімум удвічі більше солоної води, ніж усі земні моря й океани разом узяті.
Тіла, подібні до Європи, вважаються надзвичайно перспективними з точки зору пошуків життя за межами нашої планети. Радіоактивний розпад важких елементів у їхніх кам’янистих ядрах, а також припливна взаємодія (якщо вони є природними супутниками інших тіл або мають власні масивні супутники) можуть забезпечити їм достатню кількість енергії, щоб їхні надра тривалий час перебували у рідкому стані. А це означає, що там зберігатимуться умови, придатні для виникнення та еволюції живих організмів, причому ці організми навіть можуть бути подібними до земних, тобто базуватися на водних розчинах і сполуках вуглецю. Отже, нам буде набагато легше їх ідентифікувати. Тому саме Європа найближчим часом стане головною метою космічних місій, пов’язаних із позаземним життям. У 2023 році до неї має стартувати європейський апарат JUICE (JUpiter ICy moons Explorer), серед наукових завдань якого, між іншим, є й пошук біомаркерів — хімічних сполук, що можуть бути продуктами життєдіяльності мікроорганізмів.
Імовірно, такі глобальні океани, вкриті кригою, можуть бути присутніми на багатьох екзопланетах, що обертаються за межами «льодових ліній» своїх зір. Як уже згадувалося вище, відрізнити їх від безатмосферних кам’янистих тіл із допомогою сучасних астрономічних інструментів практично неможливо. Але їх наявність дає нам надію на те, що життя у Всесвіті може існувати й поза так званою «зоною заселеності» — областю простору навколо світила, де температурні умови є сприятливими для існування води на поверхні планети в рідкому стані. Власне, для того, щоб там з’явилася рідка вода, потрібно виконати ще кілька додаткових умов: мати достатньо щільну атмосферу, а отже — велику масу (як мінімум чверть маси Землі)… Неважко зрозуміти, що екзопланети з усіма цими ознаками зустрічатимуться набагато рідше, ніж прості «заледенілі суперкраплі» на самостійних орбітах або у складі систем супутників планет-гігантів.
Тільки найцікавіші новини та факти у нашому Telegram-каналі!
Приєднуйтесь: https://t.me/ustmagazine
