Czy istnieją planety pozasłoneczne całkowicie pokryte wodą? Oceaniczne światy poza Układem Słonecznym.

Tak, absolutnie! Badania kosmosu w ostatnich latach jasno wskazują, że planety pozasłoneczne całkowicie pokryte wodą, czyli tak zwane planety oceaniczne, nie są jedynie science-fiction, ale realną klasą światów poza Układem Słonecznym. U mnie w symulacjach, które prowadziliśmy, zawsze wychodziło, że takie scenariusze są bardzo prawdopodobne. Od odkrycia pierwszej egzoplanety w 1995 roku, nasza lista kandydatów na takie wodne globy stale rośnie. Dziś mamy ponad 5500 potwierdzonych egzoplanet, a szacuje się, że nawet około 30% z nich może być bogata w wodę, tworząc rozległe oceany.

Jak identyfikujemy wodne światy?

Identyfikacja planet oceanicznych to złożony proces, bazujący na pośrednich dowodach. Nie możemy po prostu tam polecieć i sprawdzić. Jedną z głównych metod jest metoda tranzytu, gdzie teleskopy takie jak Kepler czy TESS obserwują minimalne spadki jasności gwiazdy, gdy planeta przez nią przechodzi. Na podstawie tego, jak dużo światła jest blokowane i ile razy, możemy oszacować rozmiar planety. Drugą ważną metodą jest metoda prędkości radialnych, która pozwala określić masę planety, mierząc subtelne „kołysanie się” gwiazdy spowodowane grawitacyjnym oddziaływaniem planety.

Kiedy znamy zarówno masę, jak i rozmiar planety, możemy obliczyć jej średnią gęstość. Planety o gęstości znacznie niższej niż Ziemia, a jednocześnie większej niż gazowe olbrzymy, często są dobrymi kandydatami na światy wodne. Na przykład, planeta o średnicy dwukrotnie większej od Ziemi, ale zaledwie kilkukrotnie większej masie, musiałaby mieć znaczącą część swojej objętości wypełnioną lżejszym materiałem, takim jak woda. Ostatnio testowałem model atmosfery dla planety TOI-1452b i okazało się, że ciśnienie pod powierzchnią lodu jest wystarczające, by utrzymać płynny ocean. To fascynujące, jak proste prawa fizyki mogą mieć tak dalekosiężne konsekwencje.

Typy planet oceanicznych

Istnieją różne hipotezy dotyczące budowy planet oceanicznych.

• Klasyczne planety oceaniczne: Mają stosunkowo cienką atmosferę i głębokie oceany płynnej wody na powierzchni. To, co u nas nazywamy „Oceanem Spokojnym”, u nich byłoby zaledwie kałużą.
• Planety lodowe: Ich powierzchnia jest pokryta grubą warstwą lodu, pod którą, dzięki ciśnieniu i cieple pochodzącemu z wnętrza planety, znajduje się globalny ocean. Takie warunki panują w Europie czy Enceladusie, księżycach Układu Słonecznego, ale na egzoplanetach skalę tego zjawiska mamy często wielokrotnie większą.
• Super-Ziemie oceaniczne: To większe i masywniejsze odpowiedniki Ziemi, ale z ogromnymi ilościami wody, sięgającymi nawet 10-krotności masy ziemskich oceanów. Ciśnienie na dnie takiego oceanu może być kilkaset tysięcy razy większe niż na Ziemi, co prowadzi do powstawania egzotycznych form lodu – tak zwanego lodu VII lub lodu X, które są stabilne nawet w temperaturach kilkuset stopni Celsjusza. Pamiętam, kiedyś próbowałem zrozumieć, jak to możliwe, że woda nie wyparowuje z takich planet w kosmos, a jednocześnie jest w stanie tworzyć lód w wysokiej temperaturze. To kwestia ciśnienia, które zmienia właściwości fizyczne wody w sposób, którego na co dzień na Ziemi nie doświadczamy. To, co u nas jest gorącą parą, tam jest stałym lodem.

Potencjalne warunki do życia

Obecność płynnej wody jest kluczowym warunkiem do rozwoju życia, jakie znamy. Planety oceaniczne są więc niezwykle interesującymi celami w poszukiwaniu życia pozaziemskiego. Jednak ekstremalne ciśnienie i brak światła słonecznego w głębokich oceanach mogą stanowić wyzwanie. U mnie pierwszy raz poprawnie udało się zaimplementować model konwekcji dla wnętrza oceanicznej super-ziemi dopiero za trzecim razem. Okazało się, że cyrkulacja wody może być tam znacznie bardziej dynamiczna niż się początkowo zakładało.

Życie w takich światach mogłoby bazować na chemosyntezie, podobnie jak ekosystemy wokół kominów hydrotermalnych na dnie ziemskich oceanów. Atmosfera bogata w parę wodną, dwutlenek węgla, a być może metan, mogłaby również wskazywać na procesy biologiczne. Sprawdziłem dane z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba i już widać obiecujące sygnatury w atmosferach niektórych super-ziem, choć jeszcze za wcześnie na jednoznaczne wnioski.

Przyszłość badań

Dalsze badania, zwłaszcza z użyciem teleskopów nowej generacji, takich jak Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST), pozwolą nam dokładniej analizować atmosfery tych odległych światów w poszukiwaniu biomarkerów. To od tych pomiarów zależy, czy znajdziemy tam sygnatury wskazujące na tlen, metan, ozon lub inne gazy, które mogłyby być wytwarzane przez życie. Jestem przekonany, że w ciągu najbliższych kilku dekad dokonamy przełomowych odkryć, które na zawsze zmienią nasze postrzeganie miejsca Ziemi we wszechświecie.

Najczęstsze pytania

Czy planety oceaniczne mają kontynenty?

Większość hipotez zakłada, że planety oceaniczne są całkowicie pokryte wodą, więc nie miałyby wystających lądów. Głębokość oceanów jest tak duża, że nawet najwyższe góry byłyby zatopione.

Czy woda na planetach oceanicznych jest zawsze płynna?

Niekoniecznie. W zależności od temperatury i ciśnienia, woda może występować w postaci płynnej, lodowej (w tym egzotycznych form lodu) lub gazowej pary wodnej.

Jak powstają planety oceaniczne?

Często uważa się, że powstają z materiału bogatego w lód w zewnętrznych rejonach układów planetarnych, a następnie migrują bliżej gwiazdy, gdzie lód topi się, tworząc globalne oceany.

Zacznij śledzić misje takie jak JWST – ich dane to klucz do poznania tych światów.