Вообразите планету чуть больше Земли, которая вращается вокруг красного карлика LHS 3884 в 48,5 световых годах от нас. Это мир LHS 3844b, где царит вечная двойственность. Одна сторона навсегда повернута к звезде и раскалена до невероятных температур, а другая погружена в кромешную тьму и холод, близкий к абсолютному нулю, где любое движение частиц замирает.

Дайсуке Ното, исследователь из лаборатории Пенсильванского университета, задумался: может ли в таких суровых условиях существовать жизнь?

Если просто посмотреть на экстремальные температуры — от 1000 до 2000 Кельвинов на дневной стороне и абсолютный ноль на ночной — можно решить, что эти экзопланеты слишком негостеприимны для жизни. Но жизнь может найти путь, — говорит Ното.

Именно этой идеи он и его коллеги из Японского агентства науки и технологий по изучению моря и Земли и Университета Хоккайдо посвятили свое исследование, опубликованное в издании Nature Communications. Они пришли к выводу, что такие планеты могут быть более пригодны для жизни, чем кажется. Приливная блокировка, которая и создает вечный день и ночь, может способствовать формированию локальных зон с умеренной температурой за счет бокового переноса тепла.

Ното объясняет, что подобные небесные тела, навсегда обращенные одной стороной к своей звезде, встречаются гораздо чаще, чем планеты со сменой дня и ночи, как Земля.

Многие луны и планеты, которые находятся очень близко к своим звездам, являются так называемыми приливно-заблокированными. Это значит, что скорость их вращения вокруг своей оси совпадает со скоростью обращения вокруг звезды. Именно поэтому мы всегда видим только одну сторону Луны, — говорит он.

Эта блокировка создает экстремальный и постоянный перепад температур. Работа Ното была направлена на то, чтобы понять, что происходит под поверхностью — как этот тепловой дисбаланс влияет на мантию, огромный каменный слой между корой и ядром планеты.

Создать настоящую экзопланету в лаборатории нам было не по карману, — с улыбкой замечает Ното.

Вместо этого его команда использовала проверенный метод: они собрали прямоугольную емкость размером со стол, заполнили ее вязкой жидкостью (глицерином) и добавили термохромные жидкие кристаллы — частицы, которые меняют цвет в зависимости от температуры.

Эта обманчиво простая установка помогла смоделировать, как перепады температур и геометрия системы влияют на конвекцию — медленное перемешивание вещества в недрах планеты.

Исследователи создали в резервуаре градиенты температуры, имитирующие условия на дневной и ночной сторонах экзопланеты, а также на ее поверхности и в глубинах. Они обнаружили, что поток мантии выстраивается в устойчивую петлю:

• Горячее вещество поднимается на «дневной» стороне.
• Растекается вдоль поверхности, остывает.
• Погружается вниз на «ночной» стороне.
• Возвращается в исходную точку по дну резервуара.

Этот цикл напоминает размеренное сердцебиение планеты.

Это не хаотичное движение, как в мантии Земли. Оно медленное, устойчивое и предсказуемое. Даже немного скучное, но в хорошем смысле, — комментирует Ното.

Иногда этот ритм нарушали грибовидные потоки — плюмы, — поднимавшиеся со дна резервуара. Но в отличие от земных горячих точек, которые дрейфуют вместе с тектоническими плитами, эти плюмы оставались на месте, всегда возникая в одной и той же области.

Модель Ното показала, что показатель теплообмена на некоторых экзопланетах может быть схож с земным. Это говорит о том, что там могут существовать локальные зоны с умеренными геотермальными условиями, пригодные для возникновения жизни, особенно в средних широтах.

Ното предполагает, что последствия могут быть глубже. Этот постоянный поток в мантии может влиять на жидкое ядро планеты, возможно, порождая магнитные поля, отличные от земного дипольного.

Мы не могли проверить это в рамках данного эксперимента, но это очень интересное направление для будущих работ, — говорит он.

Сейчас Ното и его коллеги из лаборатории GEFLOW работают над новыми темами, используя аналогичные лабораторные модели для изучения различных геофизических систем.

Мы планируем и дальше развивать наши экспериментальные методы, чтобы глубже проникнуть в тайны разных систем нашей планеты и за ее пределами. Возможности буквально простираются до других миров.

Реальная польза этого исследования выходит далеко за рамки академического интереса.

• Во-первых, оно кардинально меняет наш подход к поиску обитаемых миров. Вместо того чтобы автоматически вычеркивать приливно-заблокированные планеты из списков кандидатов, мы теперь знаем, что в их недрах могут существовать стабильные, умеренные среды. Это сужает зону поиска жизни в системах красных карликов, которые являются самыми распространенными звездами в нашей Галактике.
• Во-вторых, разработанная экспериментальная методика — это мощный инструмент для моделирования геодинамики планет, недоступных для прямого наблюдения. Она позволяет предсказывать их внутреннее строение и эволюцию, что критически важно для интерпретации данных будущих телескопов.
• В-третьих, понимание таких экзотических режимов мантийной конвекции помогает нам по-новому взглянуть на прошлое и будущее самой Земли и других тел Солнечной системы, например, на вулканизм спутника Юпитера Ио, который также находится в приливном захвате.

Основное критическое замечание к этому исследованию заключается в неизбежном упрощении реальной геологической сложности экзопланеты. Модель использует глицерин как аналог мантии, что верно для передачи общей вязкости, но реальная мантия — это неоднородная, многокомпонентная порода, чье поведение сильно зависит от давления, температуры и состава, которые могут кардинально меняться с глубиной. Кроме того, модель не учитывает возможное влияние тектонических процессов, частичного плавления или химических реакций, которые могут fundamentally изменить характер конвекции и теплопереноса. Таким образом, хотя эксперимент блестяще демонстрирует базовый принцип, его прямую экстраполяцию на реальные условия LHS 3844b следует проводить с осторожностью, требуя дополнительного численного моделирования с более сложными параметрами.

Ранее ученые предположили наличие жизни в сумеречной зоне на далеких планетах.