Znanstvenici s ETH Züricha, u suradnji s istraživačima iz više međunarodnih institucija, pokazali su da su tzv. Hycean svjetovi, sub-Neptuni s vodikom bogatom atmosferom i potencijalnim globalnim oceanima – znatno rjeđi nego što se dosad pretpostavljalo. Prema njihovim rezultatima, većina vode na takvim planetima ne ostaje na površini, već se kemijski veže i postupno prenosi u dublje slojeve unutrašnjosti.
U travnju 2025. egzoplanet K2-18b privukao je pozornost svjetskih medija nakon što su astronomi s Cambridgea objavili da bi mogao imati uvjete pogodne za život. Promatranja su pokazala da planet orbitira oko hladne patuljaste zvijezde udaljene 124 svjetlosne godine i da je po veličini između Zemlje i Neptuna, tipičan predstavnik razreda planeta poznatih kao sub-Neptuni.
Takvi planeti ne postoje u Sunčevu sustavu, ali su među najčešćima u galaksiji. Zbog svojih fizikalnih svojstava dugo su se smatrali kandidatima za guste atmosfere bogate vodikom i oceane koji prekrivaju cijelu površinu. U literaturi su ti hipotetski svjetovi poznati kao Hycean – spoj riječi hydrogen i ocean.
Novo istraživanje, međutim, dovodi u pitanje cijeli taj koncept.
Tim znanstvenika s ETH Züricha, u suradnji s kolegama iz Instituta Max Planck za astronomiju i Sveučilišta Kalifornija u Los Angelesu, objavio je studiju koja pokazuje da su takozvani Hycean svjetovi znatno rjeđi nego što se dosad mislilo.
Za razliku od prijašnjih modela, koji su atmosferu i unutrašnjost planeta promatrali kao odvojene sustave, autori su u svoju analizu uključili kemijske procese koji se odvijaju između atmosfere i rastaljene unutrašnjosti planeta. Ti su procesi, pokazalo se, ključni za razumijevanje koliko vode ostaje na površini sub-Neptuna, a koliko završava u dubini.
“Naši rezultati pokazuju da scenarij planeta prekrivenih oceanima nije održiv,” izjavila je prof. Caroline Dorn s ETH Züricha. “Kad se u izračune uključi kemijska interakcija između atmosfere i unutrašnjosti, količina vode na površini ispada znatno manja nego što su sugerirali prethodni modeli.”
Model: 248 simuliranih planeta i kemijska ravnoteža
Tijekom ranog razvoja, sub-Neptuni prolaze fazu u kojoj im je površina prekrivena dubokim slojem rastaljene stijene, oceanom magme. Iznad njega formira se gusta vodikova atmosfera koja zadržava toplinu i održava to stanje milijunima godina. Upravo u tom razdoblju dolazi do kemijskih reakcija između atmosfere i rastaljene unutrašnjosti, koje izravno utječu na raspodjelu vode unutar planeta.
Kako bi te procese kvantificirali, istraživači su povezali dva numerička modela: jedan koji opisuje termalnu i strukturalnu evoluciju planeta, te drugi, razvijen posebno za ovu studiju, koji simulira kemijske interakcije između plinova u atmosferi i sastojaka u magmi. Analiza je obuhvatila 26 kemijskih spojeva na 248 različitih modelnih planeta.
Rezultati pokazuju da se većina molekula vode nastalih tijekom tog procesa ne zadržava na površini. Umjesto toga, vodik i kisik se vežu za metale i silikate, tvoreći okside i druge stabilne spojeve koji s vremenom tonu u dublje slojeve planeta. Na površini ostaje tek mali dio slobodne vode u obliku H₂O.
“Fokusirali smo se na dominantne obrasce, a oni su vrlo jasni,” rekao je dr. Aaron Werlen, glavni autor studije. “Na površini ostaje samo nekoliko posto početne količine vode. Scenariji u kojima voda čini polovicu mase planeta više nisu održivi.”
Prema novim izračunima, planeti s 10 do 90 posto mase u vodi, što je dosad smatrano mogućim za neke sub-Neptune, iznimno su malo vjerojatni. Umjesto oceana na površini, većina vode vjerojatno završava duboko u unutrašnjosti.
Istraživački tim u ranijem je radu već pokazao da znatan udio vode može biti “skriven” u unutarnjoj strukturi planeta. No ovo je prvi put da se kvantitativno procjenjuje koliko je ukupne vode moguće zadržati na površini.
“Prema našim nalazima, ideja o sub-Neptunima prekrivenima masivnim oceanima ne stoji,” rekla je prof. Caroline Dorn. “Ti svjetovi vjerojatno sadrže daleko manje tekuće vode nego što se ranije pretpostavljalo.”
Posljedice za potragu za životom
Rezultati studije mogli bi imati izravne posljedice na strategije traženja života izvan Zemlje. Ako sub-Neptuni doista ne zadržavaju značajne količine tekuće vode na površini, tada padaju s popisa kandidata. U fokusu ostaju manji, stjenoviti planeti – tijela sličnija Zemlji – no upravo su oni najteži za uočiti i proučavati.
“Uvjeti pogodni za život, s prisutnošću stabilne tekuće vode, vjerojatno se javljaju samo na manjim planetima,” kaže dr. Werlen. “Ali takvi ciljevi trenutačno su izvan dometa postojećih teleskopa, čak i James Webba.”
Jedan od iznenađujućih zaključaka tiče se našeg vlastitog planeta. Iako se često percipira kao svijet bogat vodom, Zemlja u ovom novom kontekstu ne djeluje kao iznimka.
“Zemlja možda nije toliko posebna koliko mislimo,” kaže prof. Dorn. “Ukupna količina vode, uključujući i onu u dubokim slojevima, čini se prilično uobičajenom kad se usporedi s modelima egzoplaneta.”
Studija otkriva i zanimljiv paradoks. Planeti s najbogatijim atmosferama, onima koje sadrže najviše vodene pare, nisu nužno nastali izvan takozvane snježne linije, granice u protoplanetarnim diskovima iza koje se voda kondenzira u led. Suprotno očekivanjima, najviše vode zadržali su planeti koji su se formirali bliže svojoj zvijezdi, unutar snježne linije. Kod njih voda nije stigla u obliku leda, već je nastala kemijskom reakcijom između vodika u atmosferi i kisika iz rastaljenih silikata u unutrašnjosti.
“To potpuno mijenja dosadašnje pretpostavke,” objašnjava Werlen. “Umjesto da led određuje količinu vode na planetu, ključnu ulogu ima kemijska ravnoteža između atmosfere i oceana magme.”
Ova otkrića mijenjaju način na koji promatramo sub-Neptune i postavljaju nove granice za razumijevanje nastanka planeta. Budući modeli morat će uzeti u obzir kemijsku povezanost između atmosfere i unutrašnjosti, a ne samo površinske osobine.
U eri sve preciznijih instrumenata i sve dublje analize egzoplaneta, tumačenje atmosferskih podataka bez uvida u unutarnje procese sve je manje održivo. Za znanstvenike koji tragaju za planetima nalik Zemlji, ovo je upozorenje da se s kandidatima treba postupati oprezno, jer čak i kad planeta izgleda obećavajuće, voda može biti skrivena, vezana ili potpuno nedostupna.
Svemir možda obiluje svjetovima. Ali oceani, čini se, ostaju rijetkost.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
