Самым распространенным химическим элементом во Вселенной является водород. Он встречается как в атомарном виде, так и в форме двухатомных молекул (Н₂). Оценки его концентрации в пределах Млечного Пути дают величину в 739 тысяч атомов на миллион, то есть почти 74%. Преимущественно из водорода состоят звезды и планеты-гиганты.
Следующий по распространенности элемент — гелий — частично образовался во время так называемого первичного нуклеосинтеза вскоре после Большого взрыва, а частично является продуктом термоядерных реакций в недрах звезд, обеспечивающих их энергией для свечения. Это, можно сказать, самый благородный из инертных газов: в химические реакции с другими элементами он вступает в очень жестких условиях, а полученные соединения оказываются крайне неустойчивыми. Итак, если водород в этой Вселенной «пожелает» с кем-то соединиться — вероятнее всего, он это сделает с третьим по распространенности элементом, то есть кислородом (его в нашей Галактике почти в сто раз меньше, чем водорода и гелия вместе взятых).
Опытные читатели скажут, что результатом такого взаимодействия станет вода — и будут правы, если речь идет о «нормальных» земных условиях. На самом деле в ходе реакции кислорода и водорода сначала образуется гидроксильный радикал OH, который в условиях разреженных облаков межзвездного газа может существовать годами. Далее он должен прореагировать с еще одним атомом водорода — и вот тогда мы получим привычную нам молекулу Н₂O. Конечно, в космосе большая часть воды находится в газообразном состоянии. Но благодаря образованию так называемых водородных связей ее молекулы уже при сравнительно высокой температуре (собственно, при 0°С, или же 273,15 кельвинов) могут образовывать сложные «конструкции», известные под общим названием льда.
Структура кристаллического льда
Правда, чаще всего это не тот кристаллический лед, к которому мы привыкли на Земле. Считается, что большая часть льда в космосе — аморфная, то есть не имеет четкой структуры. Именно в такой форме, согласно современным представлениям, он входит в состав комет, со времен зарождения Солнечной системы существующих в условиях космического вакуума. Примерно такой лед ученые надеются найти в «холодных ловушках» на полюсах Луны — в кратерах, на дно которых никогда не попадают лучи Солнца.
Казалось бы, для того, чтобы лед «удержался» на поверхности небесного тела, достаточно, чтобы оно имело температуру ниже 0°C. Но это не совсем так. В вакууме даже «при нуле градусов» лед довольно быстро улетучивается, да и не только в вакууме — вспомните, как высыхает на морозе мокрое белье: вначале оно вполне закономерно затвердевает, но впоследствии от «заледенения» не остается и следа. Поэтому в планетологии существует понятие «ледовой линии». Это условная сфера, вне которой солнечного тепла уже недостаточно, чтобы эффективно испарять лед. Согласно различным подсчетам, в нашей Солнечной системе ее радиус составляет от 2,7 до 3,1 а.е. (400-460 млн км).
Интересным примером здесь может быть карликовая планета Церера (1 Ceres), орбита которой пролегает неподалеку от «ледовой линии». В 2015 году ее исследовал американский автоматический аппарат Dawn. Экватор этого небесного тела мало наклонен к плоскости орбиты, поэтому в его приэкваториальных областях льда на поверхности нет, но в окрестностях полюсов его признаки прослеживаются весьма выразительно.
Все спутники планет Солнечной системы, находящиеся вне «ледовой линии» (за немногими исключениями, самым известным из которых является ближайший к Юпитеру крупный спутник Ио), имеют ледяную поверхность. Ученые склонны считать, что подобные тела довольно часто встречаются также в окрестностях других звезд. Если их диаметр превышает 500 км, это означает, что при формировании они, скорее всего, прошли стадию «глобального океана», поэтому сейчас укрыты не аморфным льдом, а гораздо более прочным кристаллическим — тем, с которым мы сталкиваемся в нашем земном быту.
К сожалению, доказать наличие водяного льда на поверхности небесного тела дистанционными методами довольно затруднительно, поэтому астрономы ищут косвенные признаки его присутствия. К примеру, воду в газообразном состоянии, которую можно зарегистрировать спектральными методами: она образуется в результате частичного испарения ледников. Исследования с близкого расстояния с помощью межпланетных аппаратов способны рассказать нам намного больше.
Европа — наименьший из четырех галилеевых спутников Юпитера — представляет собой наиболее сферический объект Солнечной системы. Отклонения ее формы от правильной сферы не превышают нескольких сотен метров при диаметре 3122 км. Фактически это огромная космическая капля с каменным ядром в центре, поверхность которой покрыта ледяной корой толщиной в сотню километров. Гравиметрические исследования позволяют утверждать, что глобальный подледный океан этого спутника содержит как минимум вдвое больше соленой воды, чем все земные моря и океаны вместе взятые.
Тела, подобные Европе, считаются чрезвычайно перспективными с точки зрения поисков жизни за пределами нашей планеты. Радиоактивный распад тяжелых элементов в их каменистых ядрах, а также приливное взаимодействие (если они являются естественными спутниками других тел или имеют собственные массивные спутники) могут обеспечить им достаточное количество энергии, чтобы их недра долго находились в жидком состоянии. А это значит, что там будут сохраняться условия, пригодные для возникновения и эволюции живых организмов, причем эти организмы даже могут быть похожи на земные, то есть базироваться на водных растворах и соединениях углерода. Следовательно, нам будет гораздо легче их идентифицировать. Поэтому именно Европа в ближайшее время станет главной целью космических миссий, связанных с внеземной жизнью. В 2023 году к ней должен стартовать европейский аппарат JUICE (JUpiter ICy moons Explorer), среди научных задач которого, между прочим, есть и поиск биомаркеров — химических соединений, потенциально являющихся продуктами жизнедеятельности микроорганизмов.
Вероятно, такие глобальные океаны, укрытые льдом, могут присутствовать на многих экзопланетах, обращающихся за пределами «ледовых линий» своих звезд. Как уже упоминалось выше, отличить их от безатмосферных каменистых тел с помощью современных астрономических инструментов практически невозможно. Но их наличие дает нам надежду на то, что жизнь во Вселенной может существовать и вне так называемой «зоны обитаемости» — области пространства вокруг светила, где температурные условия благоприятны для существования на поверхности планеты воды в жидком состоянии. Собственно, для того, чтобы там появилась жидкая вода, нужно выполнить еще несколько дополнительных условий: иметь достаточно плотную атмосферу, а значит — большую массу (как минимум четверть массы Земли)… Несложно понять, что экзопланеты со всеми этими признаками будут встречаться гораздо реже, чем простые «заледеневшие суперкапли» на самостоятельных орбитах или в составе систем спутников планет-гигантов.
Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!
Присоединяйтесь: https://t.me/ustmagazine
