Долгие годы учёные пытались понять, откуда на Земле взялась вода. Согласно одной из гипотез, её доставили кометы и астероиды из внешних областей Солнечной системы уже после формирования нашей планеты. Другая теория предполагает, что вода могла возникнуть непосредственно внутри Земли в результате химических реакций на ранних этапах её существования. До недавнего времени эту вторую гипотезу не удавалось проверить в условиях, близких к реальным. Однако международная команда исследователей впервые провела лабораторные эксперименты, которые подтвердили возможность внутреннего рождения воды в недрах формирующихся планет. Результаты работы опубликованы 30 октября 2025 года в журнале Nature.

Эксперимент, имитирующий рождение планеты

Для проверки гипотезы учёные под руководством Анат Шахар из Института Карнеги в Вашингтоне выбрали в качестве модели субнептуны — наиболее распространённый тип экзопланет в нашей галактике. Эти миры крупнее Земли, но меньше Нептуна и, как предполагается, обладают каменным ядром, окружённым плотной водородной атмосферой.

В лаборатории исследователи воссоздали условия, характерные для молодого планетного тела. С помощью алмазной наковальни — устройства, способного создавать экстремальное давление, — образцы расплавленной железосодержащей породы сжимали до 600 тысяч атмосфер. Одновременно их нагревали до температуры более 4000 градусов Цельсия. Такие параметры соответствуют состоянию недр планеты, окружённой густым водородным облаком на ранних стадиях формирования.

Химия под давлением: как рождается вода

В этих адских условиях водород легко растворяется в магме и вступает в реакцию с оксидами железа. В результате образуется вода в жидком виде:

3FeO + 2H → Fe₃O₄ + H₂O

Реакция происходит спонтанно и в значительных объёмах. По словам Анат Шахар, вода становится естественным побочным продуктом химических процессов, протекающих в недрах формирующейся планеты. Водородная атмосфера играет роль «теплового одеяла», удерживая тепло на протяжении миллионов и даже миллиардов лет. Это позволяет реакциям продолжаться достаточно долго, чтобы накопить заметное количество воды.

Последствия для понимания Земли и других миров

Открытие заставляет пересмотреть происхождение земных океанов. Возможно, значительная их часть сформировалась ещё на стадии магматического океана, а не была доставлена извне. Это объясняет, почему следы жидкой воды появляются в геологических записях Земли уже через несколько сотен миллионов лет после её образования.

Для экзопланет открытие ещё важнее. Если вода возникает как неизбежный результат планетообразования, то она должна быть гораздо более распространённой во Вселенной, чем считалось ранее. Особенно это касается субнептунов — их в Млечном Пути обнаружено более тысячи, и многие из них могут содержать внутренние океаны под толстым слоем льда или атмосферы.

Новые горизонты в астробиологии

«Это открытие кардинально меняет подход к поиску обитаемых миров, — подчёркивает Анат Шахар. — Вода перестаёт быть редким космическим везением и становится естественным следствием формирования планет». В сочетании с теплом и органическими соединениями, которые также часто присутствуют в молодых системах, это значительно расширяет зону потенциальной обитаемости.

Будущие телескопы, такие как PLATO и ARIEL, смогут проверять атмосферы экзопланет на наличие водяного пара. А миссии к ледяным лунам вроде Европы или Энцелада получат дополнительный контекст: вода под поверхностью может быть не только реликтом древних океанов, но и продуктом продолжающихся внутренних процессов.

Вкратце

Лабораторные эксперименты впервые доказали, что вода может формироваться внутри планет на стадии их рождения — в результате реакции водорода с оксидами железа в магме под экстремальным давлением и температурой. Это делает воду распространённым явлением во Вселенной, особенно на субнептунах, и объясняет раннее появление океанов на Земле. Открытие существенно расширяет перспективы поиска жизни за пределами Солнечной системы.