Вчені змоделювали умови на поверхні супутника масивної планети, яка покинула рідну зіркову систему і стала планетою-сиротою. Вони врахували масу тіл, їх орбіту, хімічний склад і хімічну еволюцію протягом десяти мільйонів років. Розрахунок показав, що при дотриманні ряду умов на супутнику може утворюватися значна кількість рідкої води, хоч і набагато менше, ніж на Землі. Стаття опублікована в журналі.
Під час існування планети можуть змінювати орбіту. В основному, це відбувається від взаємодії з іншими масивними тілами, планетами або зірками-компаньйонами материнської зірки. Наприклад, подібний сценарій добре пояснює незвичайний хімічний склад Марса: деякі вчені припускають, що він сформувався в зоні головного поясу астероїдів, і лише потім під дією гравітації Юпітера змістився на сучасну орбіту. При більш сильній взаємодії орбіта може перестати бути замкнутою, і планета відлетить із зоряної системи в космічний простір, ставши планетою-сиротою.
На перший погляд може здатися, що умови на такій планеті або її супутниках будуть максимально далекими від земних, оскільки позбавлене зірки тіло приречене замерзнути. Насправді, це не завжди так, як мінімум для супутників цих планет. Дослідження супутників Юпітера і Сатурна показали, що Сонце для них - далеко не єдине джерело тепла. Супутники планет-гігантів розігріваються зсередини за рахунок тертя від приливної деформації, що відбувається при обертанні по орбіті. Додатковий внесок у це тепло вносить розпад радіоактивних елементів, які знаходяться в надрах ядра. В результаті всередині Європи, Енцелада і ряду інших супутників існує підлідний океан, причому з Енцелада регулярно б'ють гігантські гейзери. Детально про морі Сонячної системи ми розповідали в матеріалі «Море всередині».
Група вчених під керівництвом Патрісіо Авіла (Patricio Ауд vila) з Університету Консепсьона провела моделювання і з'ясувала, за яких умов супутник планети-сироти може володіти рідкою водою на поверхні. В першу чергу, для того, щоб система планети і супутника була стабільною, планета повинна володіти великою масою. Для сильного приливного розігріву супутник повинен мати витягнуту орбіту і, знову ж таки, обертатися навколо масивного тіла. Тому для моделювання вибрали планету масою з Юпітер, навколо якої обертається супутник земної маси по еліптичній орбіті з ексцентриситетом від 0,001 до 0,5.
Далі, для збереження тепла необхідний парниковий ефект. Для розрахунку необхідного рівня непрозорості дослідники використовували алгоритм Patmo, який дозволяє розраховувати взаємодію атмосфери з електромагнітним випромінюванням протягом прямого відрізка, враховуючи при цьому безліч факторів, включаючи фотохімічні реакції, що проходять в газі. Нарешті, для утворення води потрібен певний хімічний склад небесного тіла. У всіх розглянутих сценаріях вчені виходили з того, що атмосфера супутника на 90 відсотків складається з вуглекислого газу і на 10 - з водню. Основним драйвером хімічних реакцій для такої атмосфери стануть космічні промені, які будуть розкладати CO2 на CO + O. Потім вивільнений кисень буде зв'язуватися з воднем і утворювати воду, але, в той же час, вода під дією космічних променів буде розкладатися на OH + H. Для розрахунку хімічної еволюції атмосфери супутника і обчислення точок рівноваги різних хімічних реакцій дослідники використовували симулятор Stand.
Розрахунки показали, що вода утворюється як при порівняльній низькому атмосферному тиску, так і при значно більш високому, близько 10 бар. Відмінності ж в інтенсивності космічного випромінювання практично не грають ролі в довгостроковій перспективі. У сценарії з низьким тиском за 10 мільйонів років води утворюється небагато: сто тисяч мільярдів тонн, що в десятки тисяч разів менше гідросфери Землі. У сценарії високого тиску води утворюється приблизно в 13 разів більше. На думку вчених, таке небесне тіло можна вважати цілком життєвим - гірше, ніж Земля, але краще, ніж Марс. Однак орбіта супутника буде поступово скруглюватися, і за десять мільйонів років перестане забезпечувати приливний розігрів, достатній для підтримки температури поверхні вище точки танення води. Розтягнути цей термін дозволить лише наявність інших місяців, які обертаються в резонансі з досліджуваним супутником.
Вода - поширена речовина у Всесвіті. У тому числі її багато і на полюсах Місяця, хоча з'явилася вона там іншими шляхами, ніж на Землі або гіпотетичному супутнику планети-сироти. Очікується, що в найближчому майбутньому американський ровер пробурить скажину для її видобутку на південному місячному полюсі.