Планета-океан — гіпотетичний різновид планет, повністю вкритих океаном рідкої води.

У широкому розумінні Землю також можна вважати планетою-океаном: океани займають 71 % площі поверхні, якщо розподілити всю воду океанів рівномірним шаром по поверхні, глибина океану становитиме приблизно 2,5 км. Для стороннього спостерігача з іншопланетної системи, що спостерігає за Землею доступними для нас зараз методами, Земля виглядатиме саме як планета-океан.

У вузькому розумінні планета-океан — планета, масивніша за Землю (маса приблизно 6—8 М⊕), що має у своєму складі багато льоду (порядку 50 % маси) і вкрита суцільним океаном рідкої води глибиною до ≈100 км. На відміну від Землі, під океаном лежать не скелясті породи, а крижана мантія.

Станом на 2022 рік найбільш імовірним кандидатом на цей різновид планет є Глізе 1214 b.

Гіпотезу про існування таких планет висунув Девід Стівенсон із Каліфорнійського технологічного інституту. Потім цю модель розвинула група під керівництвом Крістофа Сотена з Нантського університету та Марк Кюхнер.

Модель планети-океану

Вихідні положення У праці «A New Family of Planets ? „Ocean Planets“» для побудови моделі планети виходили з таких припущень:

Розглядаються тільки планети масою 6—8 М⊕. Такі планети можна знайти одночасно і методом транзитів, і методом визначення радіальної швидкості, що дає змогу визначити масу і радіус планети одночасно. Планета складається на 50 % з льоду (90 % води, 5 % аміаку, 5 % діоксиду вуглецю) та на 50 % зі скельних порід та металів. Для спрощення моделі в первинному складі планети відсутні монооксид вуглецю і метан. Такий хімічний склад можна очікувати для планети, що формується не дуже далеко за сніговою лінією (170К у вакуумі) з протопланетного диску. Відносно невелика маса планети (< 10 М⊕) передбачає, що в первинному складі планети відсутні легкі гази (водень та гелій). Після формування планета мігрувала до гарячішої «зони життя», або внаслідок розігріву центральної зорі «зона життя» змістилась у зовнішні регіони планетної системи. Досить велика маса планети передбачає, що планета має радіальну диференціацію шарів: ядро, мантія, крижаний шар, розвинена атмосфера. Надра планети гарячі з адіабатичним тепловим профілем. Розглядаються тільки планети в «зоні життя». Атмосфера планети розвинулась із первинної атмосфери планети внаслідок фотохімічних процесів, випаровування та дегазації надр, випаровування атмосфери. В атмосфері може бути сильний парниковий ефект.

Внутрішня будова У результаті моделювання планети з масою в 6 М⊕, що складається з 3 М⊕ льоду, 2 М⊕ силікатів і 1 М⊕ металів, утворилася планета з такою внутрішньою будовою:

Загальний радіус планети становить 2 R⊕ (радіуси Землі), або приблизно 12700 км. Прискорення вільного падіння на поверхні планети становитиме 1,54g, а тиск у центрі планети — 1600 ГПа. Середня густина становитиме 75 % середньої густини Землі (близько 4 г/см³). Залізонікелеве ядро радіусом 0,69 R⊕, або 4400 км, що становить 34,5 % радіуса. У Землі радіус ядра становить 3550 км, тобто 0,55 R⊕. Силікатна (нижня) мантія глибиною 3550 км, або 0,55 R⊕, що становить 27,5 % радіуса. У Землі глибина мантії становить 2900 км, або 0,45 R⊕. Льодова (верхня) мантія глибиною 4800 км, що становить 38 % радіусу планети. Льодова мантія складається з поліморфних модифікацій льоду, густина їх більше густини рідкої води, а тиск на такій глибині дає воді змогу існувати у твердому стані при температурах вище 0 °C. У Землі льодової мантії немає. Глобальний океан рідкої води. Глибина океану становить від 40 до > 100 км.

Океан Глибина океану залежить від температури поверхні океану і від вибраного температурного профілю. При виборі температури поверхні у 280 К (7 °C) та адіабатичного теплового профілю глибина океану становитиме 72 км, температура на дні 35 °C, а тиск 1,1 ГПа. При виборі температури поверхні в 303 К (30 °C) або 273 К (0 °C), глибина океану становитиме відповідно 133 та 60 км. При виборі ізотермічного профілю (температура океану стала по всій глибині), глибина океану становитиме 40, 45 та 65 км при температурі поверхні в 0, 7 та 30 °C відповідно.

Астробіологія Характеристики океанічних планет дають підказки щодо їхньої історії, а також формування й еволюції Сонячної системи загалом. Додатковий інтерес становить їхній потенціал до виникнення та підтримки життя. Життя, яке нам відоме, потребує рідкої води, джерела енергії та поживних речовин, і всі три ці ключові умови потенційно можуть виконуватися на деяких із цих об’єктів, що відкриває можливість існування простої біологічної активності протягом геологічних масштабів часу. У серпні 2018 року дослідники повідомили, що водні світи можуть бути придатними для життя.

Однак придатність подібних планет для життя, подібного до земного, обмежена, якщо їхня поверхня повністю вкрита рідкою водою, і ще більше, якщо між глобальним океаном і кам’янистою мантією розташований шар щільного льоду під високим тиском. Моделювання гіпотетичного океанічного світу, вкритого водою в об’ємі, еквівалентному п’яти земним океанам, показує, що така вода може не містити достатньо фосфору та інших поживних речовин для розвитку організмів, подібних до земного планктону, які виробляють кисень. На Землі фосфор потрапляє в океани завдяки дощам, що вимивають його з гірських порід на суходолі — на океанічній планеті такий механізм не працює. Моделювання планет із запасами води, що в 50 разів перевищують об’єм земних океанів, показує, що тиск на дні океану був би настільки великим, що надра планети не могли б підтримувати тектоніку плит і пов’язаний із нею вулканізм, який створює необхідні хімічні умови для життя.

З іншого боку, менші тіла, такі як Європа та Енцелад, вважаються особливо перспективними для життя, оскільки їхні океани, за сучасними уявленнями, безпосередньо контактують із силікатним ядром, яке може бути джерелом як тепла, так і важливих хімічних елементів. Геологічна активність на їхній поверхні також може сприяти перенесенню в океан будівельних блоків життя, зокрема органічних молекул із комет або толінів, що утворюються під дією ультрафіолетового випромінювання на прості органічні сполуки, такі як метан чи етан, часто за участі азоту.

Кисень Молекулярний кисень (O2) може утворюватися як унаслідок геофізичних процесів, так і як побічний продукт фотосинтезу живих організмів, тому, хоча його наявність є обнадійливою, він не є надійною біосигнатурою. Насправді планети з високою концентрацією кисню в атмосфері можуть бути непридатними для життя. Абіогенез у середовищі з великою кількістю атмосферного кисню може бути ускладненим, оскільки ранні організми використовували вільну енергію, доступну в окисно-відновних реакціях за участі різних сполук водню; на планеті з високим вмістом O2 організмам довелося б конкурувати з киснем за цю енергію.

Див. також Водний гігант Глізе 581 c Зона, придатна для життя

Посилання

Джерела A New Family of Planets ? «Ocean Planets»

Інтернет-ресурси Планета-Океан