A hiceán bolygók

Gigantikus óceánok a hidrogénben gazdag légkör alatt

Képzeljünk el a Föld sugaránál akár 2,6-szer nagyobb sugarú, a planétánk tömegénél akár tízszer nagyobb tömegű, a szülőbolygónk és a Neptunusz mérete közé eső világokat, melyek felszínét – a hidrogénben gazdag atmoszféra alatt – egyetlen, kolosszális óceán borítja. Ezek az ún. óceánbolygók, más néven hiceán világok (a hidrogén és az óceán szavakból összevont megnevezéssel), melyek az exobolygók egy újabb, életet is hordozható családját alkotják. Ismerkedjünk meg néhány képviselőjükkel!

Tőlünk száz fényévre, a TOI-1452 kódjelű csillag körül kering a TOI-1452b, melynek mérete 70 százalékkal, tömege ötszöröse a Földének, a sűrűsége pedig arra utal, hogy könnyebb anyagokból tevődik össze, mint amilyenek bolygónk belsejében találhatók. A számítások szerint 30 százalékban vízből áll (összehasonlításképp: planétánk tömegének mindössze 0,02-0,03 százalékát alkotja víz), ráadásul a lakhatósági zónában kering, így felszínén folyékony halmazállapotban is létezhet a víz, s az egész felszínt egyetlen összefüggő, roppant mélységű óceán borítja. A 218 fényévre eső kicsiny Kepler–138 csillag rendszerében lévő Kepler–138 c és a Kepler–138d pedig még egzotikusabb világok. Sugaruk a Föld-sugár 1,51-szerese, tömegük planétánk tömegének a 2,3, illetve 2,1-szerese, és roppant közel keringenek központi csillagukhoz, 13, illetve 23 nap alatt megkerülve azt, így az óriási hősugárzástól extrém állapotban leledzik a légkörük. Vizük jelentős részét elpárologtatta a sugárzás, ezért a bolygókat szupersűrű, gigantikus nagyságú, forró vízgőz légkör burkolja be, s ahogy – képzeletben – ereszkedünk lefelé az atmoszférában, drasztikusan növekszik mind a nyomás, mind a hőmérséklet. A gőz folyamatosan sűrűsödik, s elér egy kritikus pontot, ahol a víz már nem képes sem közönséges gázként, sem közönséges vízként létezni, hanem szuperkritikus fluidumként azonosítható. A sűrű gőzlégkör és a szuperkritikus fluidum pedig akkora nyomást fejt ki, hogy alattuk a csillaghoz való közelség ellenére is folyékony maradhat a víz, a bolygót beborító óceán mélysége pedig a 2000 km-t is elérheti (összehasonlításképp: a Mariana-árok legmélyebb pontja 11,5 km).

Más okok miatt különös világ a tőlünk nagyjából 124 fényévre található K2-18b bolygó, mely mintegy 33 nap alatt kerüli meg kicsiny és hűvös vörös törpecsillagát, így annak lakhatósági zónájában kering. Tömege alapján szuperföld, ugyanis tömege a földtömeg 8,6-szorosa, mérete és sűrűsége alapján viszont szub-Neptunusz (mini-Neptunusz), mivel átmérője kb. 2,6-szer nagyobb planétánk átmérőjénél. Már 2015-ben felfedezték, majd 2019-ben vízgőzt azonosítottak a légkörében, 2023-ban pedig az amerikai James Webb űrtávcső szénvegyületeket, köztük szén-dioxidot és metánt mutatott ki a légkörében ammónia jelenléte nélkül, amiből azt a következtetést vonták le, hogy atmoszférája hidrogénben gazdag, alatta pedig globális óceán található, mely folyékony lehet. A legnagyobb visszhangot azonban az váltotta ki, hogy az említett űrteleszkóp kéntartalmú dimetil-szulfidra is bukkant a légkörében, ráadásul a földihez képest hússzoros mennyiségben, ezt a kellemetlen szagú anyagot pedig planétánkon szinte csak élőlények, baktériumok, főleg pedig fitoplanktonok bocsátják ki magukból, anyagcseréjük során. S mivel a vegyület elég könnyen felbomlik, valaminek állandóan újra kell termelnie azt. Földön kívüli élet bizonyítéka lehet, hogy dimetil-szulfidot is találtak a K2-18b légkörében? Lehetséges, de nem biztos. Laboratóriumi kísérlet során igazolták, hogy nemcsak élőlények anyagcseréje során keletkezhet e vegyület, s mivel annyi keveset tudunk még az idegen naprendszerekben keringő bolygókról, az is elképzelhető, hogy valamilyen, a planétánkon nem ismert folyamat során termelődik az anyag.

Potenciálisan ugyancsak alkalmas lehet az élet hordozására az LHS-1140b, mely tőlünk 48-49 fényévre kering az LHS-1140 vörös törpecsillag körül, mintegy 24,7 földi nap alatt kerülve meg azt. Központi égitestétől mért távolsága jóval kisebb, mint a Nap-Merkúr távolság, ám csillaga halvány, a bolygó besugárzása a Föld besugárzásának a 40–45 százaléka, s az LHS-1140 lakhatósági zónájában kering, minden bizonnyal kötött pályán, vagyis mindig ugyanazt a féltekéjét fordítja csillaga felé. A különböző mérések szerint sugara 1,64–1,73 földsugár közötti, tömege nagyjából 5,6-6 földtömeg, vagyis tömege alapján szuperföld. Felső légköre héliumban gazdag, hélium szökik belőle a világűrbe, jelenléte és mennyisége pedig arra utal, hogy vastag légkörrel rendelkezik, amely az eddigi mérések szerint nagyrészt nitrogénből áll, akárcsak a mi atmoszféránk, ám ennek végleges bizonyításához további vizsgálatok szükségesek. A Földnél kisebb sűrűsége legvalószínűbben azzal magyarázható, hogy 10–20 százalékban vízből áll, ami egyaránt lehet folyékony és szilárd halmazállapotban, tömegének többi részét pedig kőzetek és fémek alkotják. Vagyis az LHS-1140b egy óceánbolygó, de nem hiceán világ. Kötött keringése folytán pedig a víz a csillaggal átelleni oldalán jégfelszínt alkot, a planéta LHS-1140-re néző oldalán pedig óriási szemgolyóként folyékony óceán hullámzik, jégkeretben, s ahol a csillag sugárzása nagyjából merőlegesen az óceánra irányul, ott a víz hőmérséklete a +20 Celsius-fokot is elérheti.

Korábban a kb. 47 fényévre eső GJ-1214b-ről – más néven az Enaiposháról – is, a tömeg- és átmérőadatok alapján, úgy vélték, hogy óceánnal fedett szuperföld, tömegének 75 százaléka víz (folyékony, illetve jég formában), a 25 százaléka pedig kőzet, míg a légköre hidrogénből és héliumból áll. A James Webb űrtávcső megfigyelései alapján viszont gyökeresen átalakult a légköréről és a felszínéről alkotott korábbi képünk. A bolygó, amelynek sugara a földsugár 2,7-szerese, tömege pedig a Föld tömegének a 8,2-szerese, túl közel kering a csillagához, a lakhatósági zónán kívül. S a kutatások során kiderült, hogy légkörében olyan koncentrációban található a szén-dioxid, mint a Vénuszéban, az alacsonyabb magasságokban elpárolgott fémek dominálnak, kevés hidrogén mellett, nagyobb magasságban pedig sűrű aeroszol-köd található, valamint rengeteg szén-dioxid. A sűrű ködön eddig még nem sikerült átlátni, de kizárható, hogy óceánbolygó lenne. Valójában az első ismert szuper-Vénusz.

Mindenesetre az eddigi vizsgálatok szerint több óceánbolygó létezik, mint a Földhöz hasonló planéta, és az esetükben a lakhatósági zóna is kiterjedtebb, mint a szülőbolygónkra hajazó égitestek esetében, mivel csillaguktól távolabb keringve is folyékony marad az óceánjuk, annak köszönhetően, hogy fűti ezeket a belső hőjük. Ám a Tejútrendszer óriási, s még rengeteg új felfedezés vár ránk az exobolygók kutatásának a terén.

Lajos Mihály