Низкое альбедо исключает обитаемость мини-нептуна K2-18 b

Владислава Ананьева Поступательное развитие наблюдательных инструментов вплотную подвело нас к возможности обнаруживать биомаркеры в атмосферах планет у других звезд. Особенно интригует обнаружение биомаркеров в атмосферах небольших планет, находящихся в обитаемой зоне своих звезд. Так, в атмосфере мини-нептуна K2-18 b с достоверностью 3 сигма был найден диметилфульфид, на Земле выделяемый морскими одноклеточными водорослями. Можно ли на этом основании считать, что мы обнаружили внеземную жизнь? Мини-нептун K2-18 b массой 8.6 ± 1.4 масс Земли и радиусом 2.61 ± 0.09 радиусов Земли был открыт в 2015 году. Он вращается вокруг красного карлика K2-18 на среднем расстоянии 0.143 ± 0.006 а.е., его температурный режим близок к температурному режиму Земли (эффективная температура 265 ± 5 К). Умеренный нагрев планеты сразу привлек к ней большое внимание ученых. Трансмиссионный спектр K2-18 b, полученный на «Хаббле» и JWST, соответствовал безоблачной водородно-гелиевой атмосфере с примесью метана и углекислого газа. Также с невысокой достоверностью в спектре была обнаружена полоса диметилсульфида (CH₃)₂S. Некоторые оптимистично настроенные исследователи сразу выдвинули гипотезу, что K2-18 b является гикеаном – планетой, на которой под водородной атмосферой плещется океан жидкой воды. А поскольку на Земле диметилсульфид производится морскими водорослями, то почему бы им не процветать в теплом океане K2-18 b? Однако не все так просто. Дело в том, что молекулярный водород – сильный парниковый газ. Если водородная атмосфера слишком глубокая, парниковый эффект на поверхности приведет к сильному повышению температуры, все усиливающемуся испарению океана и катастрофическому разгону парникового эффекта. Жидкого океана в этом случае не будет – плотность водяного пара будет нарастать с глубиной, но из-за высокой температуры он не сконденсируется, оставаясь закритическим флюидом. Никакой жизни в таком «океане», конечно, быть не может. По расчетам исследователей, в водородной атмосфере для срыва климата в состояние духовки при давлении на поверхности 1 бар достаточно поглощенной энергии 435 Вт/кв.м, а при давлении 10 бар – 116 Вт/кв.м. При этом поток звездного излучения на орбите K2-18 b достигает 1368 Вт/кв.м. Это значит, что для существования жидкого океана у планеты должно быть очень высокое альбедо. Для водородной атмосферы с давлением у поверхности 1 бар альбедо должно превышать 0.68, а для атмосферы с давлением 10 бар – 0.92.  Альбедо K2-18 b пока неизвестно, но его можно оценить сверху. Трансмиссионный спектр планеты соответствует безоблачной верхней атмосфере, в противном случае наличие непрозрачной высотной дымки сделало бы этот спектр плоским (лишенным деталей). Исследователи представили модель, в которой рассматривался идеально отражающий слой облаков и слой чистого газа над ним. Однако даже прозрачный газ рассеивает звездный свет и поглощает его в спектральных полосах веществ, из которого состоит. Так, атмосфера K2-18 b поглощает излучение в полосах метана и углекислого газа. Даже если глубокий слой облаков идеально отражает свет, альбедо планеты окажется меньше 0.38. В более реальном случае оно составит 0.17-0.18.  А это означает, что на K2-18 b слишком жарко для существования жидкого водного океана. Планета поглощает слишком много звездного света. Тем более, что давление на дне атмосферы не может быть меньше 130 бар, вероятнее, что оно достигает 700 бар и может быть даже больше. Таким образом, на K2-18 b диметилсульфид (если его наличие подтвердится) имеет абиогенное происхождение. Источники: https://arxiv.org/pdf/2504.12267
https://arxiv.org/pdf/2504.12030