Vatten utanför planeten Jorden , eller åtminstone spår av dess existens i det förflutna, är föremål av starkt vetenskapligt intresse, eftersom de antyder existensen av utomjordiskt liv .
Jorden , vars yta till 71 % är täckt av vattenhav , är för närvarande den enda kända planeten i solsystemet som innehåller flytande vatten . [1] Det finns vetenskapliga bevis för att på vissa satelliter av jätteplaneterna ( Jupiter , Saturnus , Uranus och Neptunus ) kan vatten finnas under en tjock isskorpa som täcker himlakroppen. Det finns dock för närvarande inga entydiga bevis för närvaron av flytande vatten i solsystemet, förutom på jorden. Hav och vatten kan finnas i andra stjärnsystem och/eller deras planeter och andra himlakroppar i deras omloppsbana. Till exempel upptäcktes vattenånga 2007 i en protoplanetarisk skiva vid 1 AU. e. från den unga stjärnan MWC 480 . [2]
Tidigare trodde man att reservoarer och kanaler med vatten kan placeras på ytan av Venus och Mars . Med utvecklingen av upplösningen hos teleskop och tillkomsten av andra observationsmetoder motbevisades dessa data. Men förekomsten av vatten på Mars i det avlägsna förflutna förblir ett ämne för vetenskaplig diskussion.
Thomas Gold , som en del av Deep Hot Biosphere Hypothesis, konstaterade att många föremål i solsystemet kan innehålla grundvatten. [3]
Månens hav , som, som nu är känt, är enorma basaltslätter, ansågs tidigare som vattendrag. För första gången uttryckte Galileo vissa tvivel om månens "hav" i hans " Dialog om världens två system ". Med tanke på att jätteeffektteorin för närvarande är dominerande bland teorierna om månens ursprung , kan man dra slutsatsen att månen aldrig har haft hav eller hav.
I juli 2008 hittade en grupp amerikanska geologer från Carnegie Institution och Brown University spår av vatten i Månens jordprover, som släpptes ut i stora mängder från satellitens tarmar i de tidiga stadierna av dess existens. Senare avdunstade det mesta av detta vatten ut i rymden [4] .
Ryska forskare, med hjälp av LEND- enheten de skapade, installerad på LRO- sonden , har identifierat delar av månen som är rikast på väte. Baserat på dessa data, valde NASA platsen för bombardementet av månen av LCROSS- sonden [5] . Efter experimentet, den 13 november 2009, rapporterade NASA upptäckten av vatten i form av is i Cabeo-kratern nära Sydpolen [6] . Enligt projektledaren Anthony Colapreta kan vattnet på månen ha kommit från flera källor: på grund av samspelet mellan solvindsprotoner och syre i månens jord, fört med asteroider eller kometer , eller intergalaktiska moln. [7]
Enligt data som överförts av Mini-SAR- radarn installerad på den indiska månapparaten Chandrayaan-1 , hittades minst 600 miljoner ton vatten i nordpolsområdet , varav det mesta är i form av isblock som vilar på botten av den eviga skuggans månkratrar . Vatten har hittats i över 40 kratrar med en diameter från 2 till 15 km. Nu har forskarna inte längre några tvivel om att den hittade isen är just vattenis [8] .
Innan rymdfarkoster landade på Venus yta fanns det hypoteser om att hav kunde vara på dess yta. Men, som det visade sig, är Venus för het för det. Samtidigt hittades en liten mängd vattenånga i Venus atmosfär.
För tillfället finns det goda skäl att tro att det fanns vatten på Venus tidigare. Forskarnas åsikter skiljer sig endast i förhållande till det tillstånd där det var på Venus. Så David Grinspoon från National Museum of Science and Nature i Colorado och George Hashimoto från University of Kobe tror att vattnet på Venus existerade i flytande tillstånd i form av hav. De baserar sina slutsatser på indirekta tecken på förekomsten av graniter på Venus, som endast kan bildas med en betydande närvaro av vatten. Hypotesen om ett utbrott av vulkanisk aktivitet på planeten för cirka 500 miljoner år sedan, som helt förändrade planetens yta, gör det dock svårt att verifiera uppgifterna om förekomsten av ett hav av vatten på Venus yta i dåtid. Svaret kan ges av ett prov av Venus jord. [9]
Eric Chassefière från University of Paris -Sud (Université Paris-Sud) och Colin Wilson från University of Oxford , tror att vatten på Venus aldrig existerade i flytande form, utan fanns i mycket större mängder i Venus atmosfär . [10] [11] År 2009 gav Venus Express -sonden bevis för att en stor mängd vatten hade förlorats från Venus atmosfär till rymden på grund av solstrålning. [12]
Teleskopiska observationer sedan Galileos tid har gett forskare möjlighet att anta att det finns flytande vatten och liv på Mars . När mängden data på planeten växte visade det sig att det fanns en försumbar mängd vatten i Mars atmosfär , och en förklaring gavs för fenomenet Mars kanaler .
Man trodde tidigare att innan Mars torkade ut var den mer lik jorden. Upptäckten av kratrar på planetens yta har skakat denna syn, men efterföljande upptäckter har visat att flytande vatten kan ha funnits på Mars yta. [14] [15]
Det finns en hypotes om förekomsten i det förflutna Marshavet täckt med is [16
Det finns ett antal [17] direkta och indirekta bevis på förekomsten av vatten i det förflutna på ytan av Mars eller i dess djup :
Det är fortfarande en öppen fråga var det mesta av det flytande vattnet från Mars yta tog vägen. [21]
Samtidigt finns vatten på Mars i vår tid och det finns i flera former:
Studier utförda 2013 med Mars Climate Sounder- instrumentet installerat på MRO- rymdfarkosten visade att Mars atmosfär innehåller mer vattenånga än man tidigare trott och mer än i jordens övre atmosfär. Den är belägen i vatten-ismoln som ligger på en höjd av 10 till 30 kilometer och koncentrerad huvudsakligen på ekvatorn och observerad nästan hela året. De består av ispartiklar och vattenånga. [trettio]
Förekomsten av underjordiska hav antas i många av de istäckta månarna på de yttre planeterna. I vissa fall tror man att ett havslager kan ha funnits i det förflutna, men det har sedan svalnat till fast is.
Man tror för närvarande att endast ett fåtal av Jupiters galileiska månar har flytande vatten under sin yta , såsom Europa (flytande vatten under den isiga ytan på grund av tidvattenuppvärmning ), och, mindre troligt, Callisto och Ganymedes .
Modeller som beräknar bevarandet av värme och uppvärmning genom radioaktivt sönderfall i små isiga kroppar tyder på att Rhea , Titania , Oberon , Triton , Pluto , Eris , Sedna och Orcus kan ha hav under ett lager av fast is på cirka 100 km djup. [31] Av särskilt intresse i detta fall är att modeller förutspår att vätskelagren kan vara i direkt kontakt med bergkärnan, vilket orsakar en konstant blandning av mineraler och salter i vattnet. Detta är en betydande skillnad från haven som kan finnas inuti stora isiga satelliter som Ganymedes, Callisto eller Titan, där ett lager av tät is med största sannolikhet ligger under ett lager av flytande vatten [31] .
JupiterJupiters atmosfär har ett gaslager där vattenånga, på grund av temperatur och tryck som liknar jordens , kan kondensera till droppar .
EuropaSatellitens yta är helt täckt av ett vattenlager, förmodligen 100 kilometer tjockt, delvis i form av en isig ytskorpa 10-30 kilometer tjock; del tros vara i form av ett flytande hav under ytan. Stenar ligger nedanför, och i mitten finns förmodligen en liten metallkärna [ 32] Man antar att havet har bildats på grund av värmen som genereras av tidvattnet [ 33] . Uppvärmning på grund av radioaktivt sönderfall , vilket är nästan detsamma som på jorden (per kg sten), kan inte ge den nödvändiga uppvärmningen av Europas tarmar, eftersom satelliten är mycket mindre. Europas yttemperatur är i genomsnitt runt 110 K (-160 °C; -260 °F) vid ekvatorn och endast 50 K (-220 °C; -370 °F) vid polerna, vilket ger ytis hög hållfasthet [34]
Studier utförda inom ramen för rymdprogrammet "Galileo" bekräftade argumenten för förekomsten av ett hav under ytan [33] . Så på ytan av Europa finns det "kaotiska regioner", som vissa forskare tolkar som områden där havet under ytan är synligt genom den smälta isskorpan. [35] Samtidigt tenderar de flesta planetforskare som studerar Europa att gynna en modell som kallas "tjock is", där havet sällan (om någonsin) interagerar direkt med den befintliga ytan [36] . Olika modeller ger olika uppskattningar av tjockleken på isskalet, från flera kilometer till tiotals kilometer [37] . Det antas att havet kan innehålla liv .
GanymedesYtan på Ganymedes är också täckt av en skorpa av vattenis 900-950 kilometer tjock [38] [39] . Vattenis ligger nästan på hela ytan och dess massandel varierar inom 50–90 % [38]
Ganymedes har polarisar som tros vara gjorda av vattenfrost. Rimfrost sträcker sig till 40° latitud [40] . För första gången observerades polarmössorna under passagen av rymdfarkosten Voyager . Förmodligen bildades Ganymedes polarmössor på grund av migrationen av vatten till högre breddgrader och bombarderingen av is med plasma. [41]
Ganymedes har också med största sannolikhet ett underjordiskt hav mellan islager under ytan, som sträcker sig cirka 200 kilometer djupt och potentiellt har förutsättningar för existensen av liv [42]
CallistoSpektroskopi avslöjade vattenis på ytan av Callisto , vars massandel sträcker sig från 25 till 50%. [38]
Ytskiktet av Callisto vilar på en kall och stel isig litosfär , vars tjocklek, enligt olika uppskattningar, sträcker sig från 80 till 150 km [43] [44] .
Studier gjorda med hjälp av rymdfarkosten Galileo tyder på närvaron av ett salt hav av flytande vatten 50-200 km djupt under isskorpan, där liv är möjligt [38] [43] [44] [45] [46] .
Man fann att Jupiters magnetfält inte kan tränga in i satellitens inre, vilket innebär närvaron av ett helt lager av elektriskt ledande vätska med en tjocklek på minst 10 km [46] . Havets existens blir mer sannolikt om vi antar att det finns små doser av ammoniak eller annat frostskyddsmedel med en massfraktion på 5 % av den totala massan av vätska [44] . I det här fallet kan havets djup nå upp till 250–300 km [43] . Litosfären som vilar ovanför havet kan också vara mycket tjockare än man tror, och dess tjocklek kan nå 300 km.
EnceladusEnceladus består till övervägande del av vattenis och har den renaste isiga ytan i solsystemet . [47]
Den automatiska Cassini- stationen, som nådde Saturnussystemet 2004, registrerade många hundra kilometer höga vattenfontäner , som slog från fyra sprickor i området kring planetens sydpol. [48] Men det kan bara vara is. [49] Vatten kan värmas upp av antingen tidvatten eller geotermiska krafter . Utbrytande vatten från Enceladus djup, uppenbarligen involverad i bildandet av Saturnus E-ring. [femtio]
En hypotes har framförts om förekomsten av salta underjordiska hav på Enceladus, vilket är en förutsättning för livets uppkomst . [51] [52]
Sänds av "Cassini" 2005, bilder av gejsrar, som slog från "tigerränderna" till en höjd av 250 km, gav anledning att tala om den möjliga närvaron av ett fullfjädrat hav av flytande vatten under isskorpan i Enceladus. Gejsrar i sig är dock inte bevis för närvaron av flytande vatten, utan indikerar i första hand närvaron av tektoniska krafter som leder till isförskjutning och bildandet av flytande vattenutsläpp till följd av friktion.
Den 4 april 2014 publicerade tidskriften Science [ 53] resultaten av forskning av en internationell grupp, enligt vilken det finns ett hav under ytan på Enceladus. Denna slutsats baserades på studier av satellitens gravitationsfält, gjorda under tre nära (mindre än 500 km över ytan) Cassini-förbiflygningar över Enceladus 2010-2012. De erhållna uppgifterna gjorde det möjligt för forskare att med säkerhet hävda att under satellitens sydpol ligger ett hav av flytande vatten. Storleken på vattenmassan är jämförbar med den nordamerikanska Lake Superior , området är cirka 80 tusen km² (10% av Enceladus yta); havet ligger på ett djup av 30-40 km , sträcker sig upp till 50 grader sydlig latitud (ungefär till mitten av avståndet till ekvatorn) och har ett djup på 8-10 km. Botten, förmodligen, är sten, bestående av kiselföreningar. Förekomsten av vatten vid Enceladus nordpol är fortfarande oklart. [53] [54] Närvaron av vatten på sydpolen förklaras av egenheterna med satellitens tidvattenuppvärmning genom gravitationspåverkan från Saturnus, vilket säkerställer förekomsten av vatten i flytande form, även om den genomsnittliga yttemperaturen på Enceladus är cirka −180 °C.
TitaniaSatelliten är förmodligen sammansatt av 50% vattenis . [55] Med hjälp av infraröd spektroskopi , gjord 2001-2005, bekräftades närvaron av vattenis på satellitens yta [56]
Enligt en modell består Titania av en stenig kärna omgiven av en isig mantel [55] . Det nuvarande tillståndet för den isiga manteln är fortfarande oklart. Om isen innehåller tillräckligt med ammoniak eller något annat frostskyddsmedel , kan Titania ha ett lager av flytande hav vid gränsytan mellan manteln och kärnan. Tjockleken på detta hav, om det finns, kan nå upp till 50 kilometer, och dess temperatur kommer att vara cirka 190 K [55] .
RheaRheas låga medeldensitet (1233 kg/m³) indikerar att stenar utgör mindre än en tredjedel av månens massa, medan resten är vattenis. [57] . Satellitens bakre halvklot har, förutom mörka områden, ett nätverk av ljusa tunna ränder, som förmodligen inte bildas som ett resultat av utstötning av vatten eller is till ytan (till exempel som ett resultat av kryovulkanism ), men är helt enkelt isryggar och klippor, som på satelliten Dione . Dessutom är Rhea täckt av en förtätad atmosfär i form av ett tunt skal som innehåller syre och koldioxid . Vattenis bryts upp av Saturnus kraftfulla magnetfält och fyller på atmosfären med syre. Den totala potentiella syremassan i Rhea-isen uppskattas till 40 000 ton. [58] [59] .
TitanUnder utforskningen av Titan av Voyager upptäcktes hav och sjöar av flytande metan på den . Studier under Cassini-Huygens- uppdraget till en början, under landningen av Huygens-sonden på Titans yta, avslöjade endast spår av närvaron av vätska på planeten, såsom kanalerna i uttorkade floder, men senare radarbilder gjorda av Cassini rymdfarkost visade närvaron av kolvätesjöar nära nordpolen. [60]
Enligt beräkningar har Titan en fast kärna, bestående av stenar, med en diameter på cirka 3400 km, som är omgiven av flera lager vattenis. [61] Det yttre lagret av manteln består av vattenis och metanhydrat , medan det inre lagret består av komprimerad, mycket tät is.
Dessutom är det inte uteslutet att Titan har ett underjordiskt hav av vatten under en tunn skorpa bestående av en blandning av is och kolväten. [62] [63] [64] Saturnus kraftfulla tidvattenverkan kan värma upp kärnan och hålla en temperatur som är tillräckligt hög för att flytande vatten ska existera [65] .
En jämförelse av Cassini-bilderna från 2005 och 2007 visade att landskapsdetaljer hade förskjutits med cirka 30 km. Eftersom Titan alltid vänds mot Saturnus på ena sidan kan en sådan förskjutning förklaras av att den isiga skorpan är separerad från satellitens huvudmassa av ett globalt vätskeskikt [65] .
Man antar att vattnet innehåller en betydande mängd ammoniak (ca 10%), som verkar på vattnet som ett frostskyddsmedel [66] , det vill säga sänker dess fryspunkt. I kombination med det höga tryck som utövas av satellitens skorpa kan detta vara ett ytterligare villkor för att det ska finnas ett hav under ytan [67] [68] .
Enligt de uppgifter som släpptes i slutet av juni 2012 och som tidigare samlats in av rymdfarkosten Cassini, borde det under Titans yta (på ett djup av cirka 100 km) verkligen finnas ett hav som består av vatten med en möjlig liten mängd salter [ 69] . I en ny studie publicerad 2014, baserad på en gravitationskarta över månen byggd från data som samlats in av Cassini , har forskare föreslagit att vätskan i havet av Saturnus måne kännetecknas av ökad densitet och extrem salthalt. Troligtvis är det en saltlake , som innehåller salter som innehåller natrium, kalium och svavel. Dessutom, i olika delar av satelliten, varierar havets djup - på vissa ställen fryser vattnet och bygger upp en isskorpa som täcker havet från insidan, och vätskeskiktet på dessa platser kommunicerar praktiskt taget inte med ytan av Titan. Den starka salthalten i hav under ytan gör det nästan omöjligt för liv att existera i det . [70]
Uranus och Neptunus kan ha stora oceaner av varmt vatten under högt tryck. [71] Även om den inre strukturen hos dessa planeter för närvarande inte är väl förstådd. Vissa astronomer tror att dessa planeter skiljer sig fundamentalt från gasjättarna Jupiter och Saturnus och klassificerar dem som en separat klass av " isjättar ". [72]
Dvärgplaneten Ceres innehåller en stor mängd vattenis [73] och kan ha en förtätad atmosfär. [74] Temperaturen på planeten är för låg för att vatten ska kunna existera i flytande form, men om det finns ammoniak på planeten, som i lösning med vatten har effekten av frostskyddsmedel, är detta möjligt. [75] Mer information kommer att bli tillgänglig 2015 när rymdfarkosten Rassvet når Ceres.
VildaKometer innehåller en stor andel vattenis, men på grund av deras lilla storlek och långa avstånd från solen anses närvaron av flytande vatten på dem osannolikt. En studie av damm som samlats in från Comet Wild har dock avslöjat förekomsten av flytande vatten inuti kometen tidigare. [76] Det är ännu inte klart vad som var värmekällan som fick vattenisen inuti kometen att smälta.
De flesta av de tusentals upptäckta extrasolära planetsystem skiljer sig mycket från våra egna, vilket gör att vi kan betrakta vårt solsystem som tillhörande en sällsynt typ. Uppgiften för modern forskning är att upptäcka en planet i jordstorlek i den beboeliga zonen av dess planetsystem (Goldilocks Zone). [77] Dessutom kan hav också hittas på stora (jordstora) satelliter av jätteplaneter. Även om frågan om existensen av så stora satelliter är diskutabel i sig, är Kepler-teleskopet tillräckligt känsligt för att upptäcka dem. [78] Man tror att steniga planeter som innehåller vatten är utbredda i hela Vintergatan . [79]
År 2013 hittade astronomer som använde rymdteleskopet Hubble tecken på vattenånga i atmosfären på fem exoplaneter. Alla av dem är klassificerade som " heta Jupiters ": WASP-17 b , WASP-19 b , HD 209458 b , WASP-12 b , XO-1 b . [80]
55 Cancer f är en stor planet som kretsar kring den beboeliga zonen av stjärnan 55 Cancer . Dess sammansättning är okänd, men det spekuleras i att det kan vara en svavel- eller vattenjätte . Dessutom, om den har steniga månar, kan flytande vatten finnas på dem. [81] [82] [83]
AA Taurus är en ung stjärna mindre än en miljon år gammal som har en protoplanetarisk skiva runt sig . I stjärnans protoplanetariska skiva upptäckte Spitzers kretsande infraröda teleskop molekyler som vätecyanid , acetylen och koldioxid , såväl som vattenånga. [84] Om det finns fasta föremål i den protoplanetära skivan på ett visst avstånd från stjärnan kan de kondensera vatten på sin yta.
COROT-7b är en exoplanet nästan dubbelt så stor som jordens diameter, som kretsar mycket nära sin stjärna . I början av 2009 upptäcktes den av rymdteleskopet COROT . Temperaturerna på planetens yta beräknas ligga i intervallet 1000-1500 grader Celsius, men eftersom planetens sammansättning är okänd kan man anta att planetens yta antingen är smält lava eller insvept i ett tjockt lager av moln av vattenånga. Planeten kan också bestå av vatten och stenar i nästan lika stora mängder. Om COROT-7b är rik på vatten kan det vara en havsplanet . [85]
COROT-9b är en exoplanet i Jupiterstorlek som kretsar kring 0,36 AU. e. från dess stjärna . Yttemperaturerna kan variera från -20 grader till 160 grader Celsius. [86] COROT 9b är en gasjätte men är inte en het Jupiter . Atmosfären består av väte och helium , men en planet med en massa på upp till 20 jordmassor förväntas innehålla andra komponenter som vatten och stenar vid höga tryck och temperaturer . [86] [87]
Det finns tre planeter i Gliese 581-systemet som kan ha flytande vatten på sin yta: de är Gliese 581 c , Gliese 581 d och Gliese 581 g .
Gliese 581 c är i den beboeliga zonen och kan ha flytande vatten på sin yta. [88]
Gliese 581 d ser ut som en ännu bättre kandidat för flytande vatten. Omloppstiden, som ursprungligen uppskattades till 83 dagar, reviderades senare till 66 dagar. [89] I maj 2019 publicerades data om att planeten kan ha en tät atmosfär, vattenhav och till och med spår av liv. [90]
Ett tag ansågs Gliese 581 g vara en annan bra kandidat för flytande vatten. Man antog att denna planet är tre till fyra gånger mer massiv än jorden, men den är för liten för att vara en gasjätte. Dess omloppstid beräknades vara 37 dagar, och därför troddes den vara i mitten av stjärnans beboeliga zon. Men astronomer från European Southern Observatory (ESO), som gjorde mer exakta observationer med hjälp av HARPS-spektrografen, visade att Gliese 581 g inte existerar - det är ett mätfel. Men senare, baserat på ytterligare data, bekräftades planetens existens, och för närvarande rankas planeten först bland de 6 planeterna med högst sannolikhet för lämplighet för utveckling av liv (dess omloppsgranne Gliese 581 d är femte i denna lista ). [91]
GJ 1214 b är tre gånger så stor som jorden och 6,5 gånger så massiv. Av massa och radie antogs det att planeten består av 75% vatten och 25% steniga material i massan , och planetens atmosfär innehåller väte och helium och utgör 0,05% av planetens massa. [92] Men enligt de senaste uppgifterna från astronomer fann man att atmosfären består av metallångor, 10% av atmosfären är vattenånga. [93] Enligt ytterligare studier publicerade i februari 2012 utgör vatten minst hälften av jordens atmosfär. [94]
HD 85512 b upptäcktes i augusti 2011 . Den är större än jorden, men tillräckligt liten för att vara en stenig värld snarare än en gasjätte. Den ligger på kanten av sin stjärnas beboeliga zon och kan ha flytande vatten på sin yta. [95] [96]
Representerar en superjord som kretsar kring en brun dvärg . Förmodligen kan planetens yta vara täckt av ett djupt hav. [97]
En stor mängd vatten har hittats i en ung stjärnas protoplanetariska skiva [98] .
Planeten K2-18b ligger 110 ljusår från jorden. Den upptäcktes 2015 av rymdteleskopet Kepler . Planeten kretsar kring den röda dvärgen K2-18 från stjärnbilden Lejonet i den "boliga zonen". Den tillhör typen av superjordar - dess massa är 8 gånger jordens, och i storlek är den dubbelt så stor som jorden. För att studera atmosfären i K2-18b använde forskare data från Hubble- teleskopet . Från 2016 till 2017 föll åtta transiter av denna planet in i hans bilder . Resultatet visade att K2-18bs atmosfär innehåller vattenånga, såväl som väte- och heliummolekyler . Astronomer har funnit att planetens atmosfär kan vara mer än hälften av vattenånga. Från och med 2019 är detta den enda exoplaneten som forskare känner till som har både flytande vatten och acceptabla temperaturer för livets uppkomst. Resultaten av studien beskrivs i den vetenskapliga tidskriften Nature Astronomy . Trots detta sa Angelos Tsiaras , en av författarna till studien, att förhållandena på dess yta är mycket hårdare än på jorden och sammansättningen av dess atmosfär är annorlunda. Planeten K2-18b kommer dock att vara ett mål för framtida forskning som kommer att hjälpa astronomer att lära sig om klimatet på potentiellt beboeliga planeter, deras sammansättning och evolution [99] .