Новое исследование показывает, что огромные магматические «океаны» могут быть скрыты глубоко в некоторых скалистых экзопланетах «суперземлях», которые намного массивнее Земли, генерируя мощные планетарные магнитные поля неожиданным образом, тем самым обеспечивая ключевую защиту для потенциальной инопланетной жизни. В исследовании, проведенном Рочестерским университетом в США, предполагается, что эти скрытые слои магмы, как ожидается, будут действовать как планетарные «генераторы», подобные внешнему ядру Земли, сопротивляясь высокоэнергетическому излучению и заряженным частицам из звезд и космоса.
Внутри Земли конвективное движение внешнего ядра жидкого железа запускает процесс, называемый «магнитогидродинамическим динамо» (динамо), который генерирует и поддерживает магнитное поле Земли. Однако у каменистых планет с большим объемом и более высоким внутренним давлением их железные ядра могут быть частично или полностью затвердевшими или находиться в необычном физическом состоянии, что затрудняет стабильную работу традиционного механизма выработки энергии с металлическим ядром. Это означает, что без вмешательства других механизмов многие суперземли будут лишены сильного барьера магнитного поля, что затруднит поддержание поверхностной среды, пригодной для долгосрочного выживания жизни.
Мики Накадзима, доцент кафедры наук о Земле и окружающей среде Рочестерского университета, и его команда в статье, опубликованной в журнале Nature Astronomy, предположили, что расплавленный слой под высоким давлением глубоко в планете, называемый «базальным океаном магмы» (BMO), может быть способен независимо поддерживать магнитное поле планеты. Этот океан магмы расположен на дне мантии планеты в среде чрезвычайно высокого давления и высокой температуры. Исследования показывают, что в таких условиях электропроводность расплавленной породы, которая изначально считалась изолятором или слабым проводником, значительно увеличивается, чтобы поддерживать магнитное поле планетарного масштаба, которое может длиться миллиарды лет.
«Сильные магнитные поля необходимы для существования планетарной жизни». Накадзима отметил, что большинство планет земной группы в Солнечной системе, таких как Марс и Венера, либо потеряли свои глобальные магнитные поля, либо так и не сформировали стабильное магнитное поле, в основном потому, что в их ядрах отсутствуют достаточные конвекционные и энергетические условия. Она сказала, что для сравнения, из-за своей большей массы и более высокого внутреннего давления, многие суперземли не только имеют возможность поддерживать металлический генератор в ядре, но также могут прикрепить набор «генераторов магмы» в глубоком магматическом океане. Двойные механизмы совместно увеличивают вероятность того, что планета станет обитаемой.
Согласно текущим наблюдениям за экзопланетами, суперземли — наиболее распространенный тип планет в Млечном Пути: они обычно в несколько раз больше Земли, но меньше ледяных гигантов, таких как Нептун. Обычно считается, что они состоят в основном из камней и металлов с относительно «твердыми» поверхностями, а не с толстыми газовыми оболочками. Хотя таких планет в Солнечной системе не существует, суперземли были обнаружены в обитаемых зонах многих звезд. На их поверхности теоретически может существовать жидкая вода, поэтому они уже давно считаются важной целью в поисках внеземной жизни. Исследовательская группа отметила, что для того, чтобы судить о том, действительно ли эти планеты «обитаемы», сила магнитного поля является ключевым показателем, столь же важным, как поддержание атмосферы и возможности защиты от радиации.
Чтобы воспроизвести экстремальную среду глубоко в суперземле в лаборатории, команда Накадзимы провела эксперименты с лазерным ударом в Лаборатории лазерной энергии Университета Рочестера, дополненные квантово-механическими расчетами и численными моделями эволюции планет. Исследователи выбрали репрезентативные материалы мантии, такие как оксиды, богатые магнием и железом ((Mg, Fe)O), и использовали мощные лазеры для мгновенного создания давления и нагрева образцов, заставляя их выдерживать давление и температуру, сравнимые с теми, которые находятся в глубокой мантии суперземель, а затем измерили изменения их проводимости в расплавленном состоянии. Результаты экспериментов показывают, что при экстремальном давлении в миллионы атмосфер расплавленная порода может проявлять достаточно высокую электропроводность, а в сочетании с внутренним конвекционным движением планеты она может поддерживать магнитное поле, подобное или даже более сильное, чем магнитное поле Земли, в течение миллиардов лет.
Модельные прогнозы показывают, что супер-Земля, объем которой примерно в три-шесть раз превышает объем Земли, скорее всего, будет поддерживать такой океан магмы в фундаменте в течение длительного времени и генерировать сильное и продолжительное магнитное поле. В исследовании также отмечается, что по сравнению с основным генератором генератор магмы может быть менее чувствительным к изменениям состава сплава, служить дольше и обеспечивать более стабильную защиту атмосферы и жизни на поверхности во время охлаждения и эволюции планеты. Это дает астрономам новый критерий внутренней структуры при оценке «обитаемости» экзопланеты: даже если состояние железного ядра планеты не идеально, пока глубокий океан магмы достаточно толстый и конвекция достаточно сильна, у нее все еще может быть магнитное поле для защиты атмосферы и жизни.
«Эта работа для меня одновременно интересна и сложна, потому что мои исследования в основном связаны с теорией и расчетами, и я впервые лично принимаю участие в экспериментах при высоком давлении». Накадзима сказала, что она благодарна сотрудникам из разных направлений исследований за завершение этого междисциплинарного исследования и надеется проверить эту гипотезу посредством наблюдений магнитного поля экзопланеты в будущем. С развитием технологий астрономических наблюдений определение силы магнитного поля суперземли посредством звездного затмения, радиоизлучения или сигналов взаимодействия звездного ветра в будущем предоставит ключевые доказательства для проверки механизма «магнитного поля магматического океана».
Статья «Проводимость (Mg, Fe)O под экстремальным давлением и ее последствия для планетарных магматических океанов» была опубликована в журнале «Nature Astronomy» 15 января 2026 года, что еще больше завершает понимание человечеством того, как внутренняя структура планет формирует магнитные поля и обитаемость. Исследовательская группа полагает, что по мере получения дополнительной информации о внутренней части и магнитном поле экзопланет мы можем обнаружить, что «темный океан» магмы, скрытый глубоко в планете, незаметно обеспечивает невидимый, но важный защитный зонтик для потенциальных жизненных миров во Вселенной.