Традиційно вважалося, що речовини, з яких складаються планети — газ, лід, камінь і метал — не вступають у хімічні реакції між собою під час їхнього формування. А проте, дослідники з Університету Каліфорнії в Лос-Анджелесі (UCLA) та Принстонського університету поставили просте, але фундаментальне запитання: а що, якщо все ж таки вступають?
Результати виявилися несподіваними. Умови, які панують у надрах молодих планет — тиск у мільйони атмосфер і температура в тисячі градусів — призводять до хімічних реакцій між воднем і водою. Це формує незвичайні суміші в атмосферах планет розміром від Землі до Нептуна. Ба більше, глибинна взаємодія між атмосферою і надрами таких планет спричиняє своєрідний “дощ” — вода осідає вниз, а водень підіймається догори.
Дослідити ці процеси експериментально майже неможливо — умови надто екстремальні. Тому вчені використали суперкомп’ютери та моделювали поведінку сотень атомів водню й води на квантовому рівні. Виявилося, що у високотемпературних умовах молодих планет водень і вода утворюють гомогенну газову суміш. Але з часом, коли планета остигає, ці речовини починають розшаровуватися.
Процес має далекосяжні наслідки. Внутрішній “водяний дощ” змінює тепловий баланс планети, створює додаткове джерело енергії та формує нову структуру атмосфери: легкий водень залишається зверху, а важча вода накопичується внизу. Така внутрішня перебудова може тривати мільярди років і суттєво вплинути на еволюцію планети.
Ці висновки важливі не лише для розуміння формування планет Сонячної системи, а й для аналізу так званих субнептунів — найпоширенішого типу екзопланет у Галактиці. Вивчення того, що відбувається під їхніми хмарами, допомагає краще уявити хімічну динаміку у внутрішніх шарах таких світів і зрозуміти, як ці процеси формують придатність планет до життя.