Новые данные о потенциальной обитаемости планет вне Солнечной системы

Новое исследование упростило выбор планет за пределами Солнечной системы, которые могли бы поддержать жизнь. «С помощью модели, которая более реалистично имитирует атмосферные условия, мы обнаружили новый процесс, контролирующий обитаемость экзопланет. Он направляет нас на выявление кандидатов для дальнейшего изучения», – сказала Юка Фуджи из Института космических исследований NASA и Института науки о жизни Земли в Токийском технологическом институте (Япония), ведущий автор статьи, опубликованной в Astrophysical Journal 17 октября 2017 года.

Предыдущие модели симулировали атмосферные условия вдоль одного измерения, по вертикали. Как и другие недавние исследования в области обитаемости, в новой работе использовалась модель, которая вычисляет условия во всех трех измерениях, позволяя команде моделировать циркуляцию атмосферы и особенности этой циркуляции. Новое достижение поможет астрономам выделять меньше времени на поиск наиболее перспективных кандидатов на обитаемость.

Жидкая вода необходима для жизни, поэтому поверхность инопланетного мира считается потенциально пригодной для обитания, если ее температура позволяет сохранять жидкую воду в течение достаточного времени (миллиарды лет). Если экзопланета слишком далека от родительской звезды, ее океаны замерзнут. Если она слишком близко, свет от звезды испарит океаны. Это происходит, когда водяной пар поднимается в стратосферу и разбивается на элементарные компоненты (водород и кислород) UV-излучением звезды. Таким образом, сверхлегкие атомы водорода утекают в космос. Считается, что планеты в процессе потери их океанов входят в «влажное парниковое» состояние из-за насыщенных водой стратосфер.

Для того, чтобы водяной пар поднялся в стратосферу, предыдущие модели предсказывали, что долгосрочные температуры поверхности должны были превышать 66 градусов Цельсия. Эти температуры приведут к сильным конвективным штормам. Оказалось, что на медленно вращающихся планетах, входящих во влажное парниковое состояние, не эти бури являются причиной того, что вода достигает стратосферы.

«Мы обнаружили важную роль излучения звезды в атмосферной циркуляции экзопланеты при создании влажного парникового состояния», – рассказывает Юка Фуджи.

Для экзопланет, вращающихся вблизи родительских звезд, гравитация звезды будет достаточно сильной, чтобы замедлить вращение планеты и сделать ее приливно заблокированной. Когда это происходит, густые облака формируются дневной стороне и действуют как пляжный зонт, защищающий поверхность от большей части солнечного света. Несмотря на то, что это может удержать планету в прохладном состоянии и предотвратить накаливание водяного пара, команда обнаружила, что количество ближней инфракрасной радиации (NIR) звезды может обеспечить тепло, необходимое для перехода в влажное парниковое состояние. NIR – это тип света, невидимый для человеческого глаза. Вода в любом агрегатном состоянии поглощает NIR, нагревая воздух. Горячий воздух поднимается, перенося воду в стратосферу, где создает влажную теплицу.

Этот процесс особенно важен для планет на орбитах звезд с низкой массой. Чтобы поддерживать жизнь, планеты должны быть намного ближе к этим звездам, чем Земля к Солнцу. На таком расстоянии экзопланеты испытывают сильные приливы и замедляют вращение. Кроме того, чем прохладнее звезда, тем больше NIR она испускает. Новая модель продемонстрировала, что, поскольку эти звезды излучают большую часть света в диапазоне NIR, влажное парниковое состояние возникнет даже в условиях, сравнимых с тропиками на Земли. Для таких миров команда обнаружила, что процесс, управляемый NIR, постепенно увеличивал влажность в стратосфере. Таким образом, вопреки предсказаниям старой модели, экзопланета близкая к родительской звезде может оставаться пригодной для жизни.

Это важное наблюдение для астрономов, ищущих обитаемые миры, поскольку звезды с малой массой наиболее распространены в Галактике. Их число повышает шансы на то, что среди них найдется обитаемый мир, а их небольшой размер увеличивает вероятность обнаружения планетарных сигналов.

Арина Васильева
Редактор-переводчик