Астрономия

Гикеаны — гипотетические планеты, обычно субнептуны, богатые водой и водородом. Условия на них крайне благоприятны для появления жизни. Вот только существуют ли такие миры? Оказалось, в популярном сценарии их формирования не учтен крайне важный процесс — химическое взаимодействие недр с «летучей» оболочкой, которое лишает такие планеты воды.

Интерес к водным субнептунам значительно вырос после наблюдений за экзопланетой K2-18b с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб». На этом субнептуне в 124 световых годах от Земли ученые засекли большое количество диметилсульфида. Диметилсульфид может возникать в геохимических процессах, но не в таком количестве. Зато его в большом количестве производят морской фитопланктон и некоторые бактерии.

Пока что научное сообщество продолжает сомневаться в наличии такого количества продуктов жизнедеятельности бактерий на субнептуне K2-18b. В 2024 году исследователи выяснили, что такие же показатели в данных наблюдений мог дать метан, а не диметилсульфид. В августе 2025-го другая группа ученых предположила, что это «сигналы» этилена. Тем временем «Джеймс Уэбб» лишь подлил масла в огонь, когда в апреле 2025 года снова «увидел» эти продукты жизнедеятельности бактерий на K2-18b.

В спорах о K2-18b нередко принимают за данность предположение, что этот субнептун покрыт океаном воды. Считается, что подобные ему миры формируются вдали от звезды, за снеговой линией — границей в протопланетном диске, за которой температура достаточно низка и летучие вещества затвердевают в льдинки. Если такая планета мигрирует потом ближе к светилу, накопленный лед плавится — появляются океан и плотная атмосфера. Такие миры иногда называются гикеанами (hycean) — производное от слов «водород» (hydrogen) и «океан» (ocean). По оценкам, вода может составлять до 50% их массы.

Как отметили авторы новой научной работы, в описанном сценарии формирования субнептунов-океанов не учтен важный фактор — химическое взаимодействие недр и «летучей» оболочки после формирования планеты. Ученые рассчитали химическое «уравновешивание» 26 компонентов для 248 смоделированных молодых субнептунов и суперземель.

Исследователи предположили, что на раннем этапе формирования такие планеты проходят через фазу, когда их покрывает глубокий и горячий океан магмы. Далее они применили новую модель расчета химических процессов, возникающих при взаимодействии газов в атмосфере с металлами и силикатами в магме.

Оказалось, даже субнептуны, где вода составляет до 30% их массы, высыхают на этапе океана магмы. Почти все молекулы воды разрушаются в химических процессах. Водород и кислород «прикрепляются» к соединениям металлов и «тонут» в глубинах ядра. В результате содержание воды падает до 1,5% массы планеты.

«По нашим расчетам, не существует далеких миров, покрытых массивным слоем воды, где она составляет около 50% массы планеты, как ранее считалось. Как следствие, маловероятно и существование гикеанов с 10-90% воды», — объяснила соавтор исследования Кэролин Дорн, профессор по экзопланетам в Швейцарской высшей технической школе Цюриха (Швейцария).

Остается надежда на планеты, сформировавшиеся до снеговой линии. Как показали расчеты, такие планеты накапливают меньше летучих соединений, зато удерживают богатую водой атмосферу. Впрочем, из-за высокой температуры вода в таких мирах не «опадает» на поверхность океанами.

Новое исследование проводили ученые из Швейцарской высшей технической школы Цюриха, работавшие совместно с планетологами из Института астрономии общества Макса Планка (Германия) и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (США). Результаты опубликованы в журнале The Astrophysical Journal Letters.