Новое исследование улучшает методы поиска обитаемых экзопланет

Новое исследование, проведённое специалистами НАСА помогает усовершенствовать понимает о планетах за пределами нашей Солнечной Системы, которые могут поддерживать условия для существования жизни.

«Используя модель, которая более реалистично моделируют условия атмосферы, мы обнаружили новый процесс, который управляет возможностью обитаемости экзопланет. Этот же процесс будет вести нас при идентификации кандидатов на дальнейшие исследования», — Юка Фуджии из Института космических исследований имени Годдарда, НАСА, сотрудник Токийского технологического института, ведущий автор статьи об исследовании, опубликованном 17 октября 2017 года в издании Astrophysical Journal.

Всё дело в том, что предыдущие модели учитывали атмосферные условия только вдоль одного измерения — вертикали. Но в последнее время ситуация изменяется. Это исследование обитаемости, как и некоторые другие, использовало модель, которая вычисляет условия атмосферы во всех трёх измерениях, позволяя учёным моделировать циркуляцию атмосферы и характерные особенности этого процесса. Понятно, что с одномерными моделями этого сделать невозможно. Косвенно эта работа поможет выделить время для наблюдения за самыми многообещающими кандидатами в обитаемые экзопланеты.

На этой иллюстрации показано то, как свет от звезды подсвечивает атмосферу планеты. Источник: NASA Goddard Space Flight Center

На этой иллюстрации показано то, как свет от звезды подсвечивает атмосферу планеты. Источник: NASA Goddard Space Flight Center

Для той жизни, которую мы хорошо знаем, необходимо присутствие воды. Таким образом, поверхность чуждого нам мира, например экзопланеты, будет считаться потенциально пригодной для жизни, если температура на её поверхности позволит существовать жидкой воде в течение миллиардов лет, чтобы позволить развиться жизни. Если экзопланета будет слишком далека от своей звезды, то условия на её поверхности будут слишком холодными, и её океаны замёрзнут. Если экзопланета будет располагаться слишком близко, то излучение звезды будет слишком интенсивным, а вода на её поверхности полностью испарится и улетит в космическое пространство. Это легко может произойти, когда водяной пар, поднимаясь до верхних слоёв атмосферы, называемых стратосферой, разделяется на элементарные компоненты водород и кислород под воздействием ультрафиолета от звезды. Чрезвычайно лёгкие атомы водорода после этого могут сбежать в космическое пространство.

Предыдущие модели предсказывали, что для того чтобы водяной пар добрался до стратосферы, долгосрочные температуры поверхности экзопланет должны быть существенно больше, чем когда-либо наблюдалось на Земле — более чем 66 градусов по Цельсию. Эти температуры привели бы в действие интенсивные конвективные ураганы. Однако, оказывается, эти ураганы не являются причиной, по которой вода достигает атмосферы, а медленно вращающаяся экзопланета погружается во влажный парниковый эффект.

«Мы обнаружили важную роль для типа излучения, которое испускает звезда, и для эффекта, который оно имеет на циркуляцию атмосферы на экзопланете для возникновения такого парникового эффекта».

Если экзопланета движется по орбите близко от своей звезды, то гравитационная сила будет достаточно сильна, чтобы замедлить вращение планеты. Эта планета может даже попасть в запертое состояние, то есть будет смотреть на звезду всегда одной стороной. Таким образом, на одной стороне экзопланеты будет вечный день, а на другой — вечная ночь.

если это происходит, то на дневной стороне формируются густые облака, которые действуют как зонтик от Солнца, они закрывают поверхность от большой части звёздного света. В то время как это могло сохранить планету холодной и препятствовать тому, чтобы водяной пар поднимался, исследователи обнаружили, что определённое количество ближнего инфракрасного излучения от звезды могло создать необходимое тепло для того, чтобы планета вошла во влажный парниковый эффект. Дело в том, что вода в виде пара в воздухе и водяных каплях или кристаллах льда в облаках сильно поглощает свет ближнего инфракрасного диапазона, разогревая воздух.

Этот график показывает то, на что может быть похожим распределение морского льда на синхронно вращающемся океаническом мире. Звезда находится справа, синим цветом показана открытая поверхность океана, белым — морской лёд. Источник: Anthony Del Genio/GISS/NASA

Этот график показывает то, на что может быть похожим распределение морского льда на синхронно вращающемся океаническом мире. Звезда находится справа, синим цветом показана открытая поверхность океана, белым — морской лёд. Источник: Anthony Del Genio/GISS/NASA

Этот процесс особенно важен для планет, обращающихся вокруг звёзд с малой массой, которые более холодны и не так ярки, как наше Солнце. Чтобы быть пригодной для жизни, планеты должны быть намного ближе к этим звёздам, чем земля к Солнцу. На таком близком расстоянии эти планеты, вероятно, будут испытывать мощные приливные силы, заставляя их медленнее вращаться. Кроме того, чем холоднее звезда, тем больше излучения в ближнем инфракрасном диапазоне она излучает. Новая модель продемонстрировала, что, если звезда часть излучения несёт в этом спектре, запуск влажного парникового эффекта приведёт к возникновению на планете условий, сопоставимых или немного теплее земных тропиков. Также было обнаружено, что для экзопланет, которые находятся близко от их звёзд, этот процесс постепенно увеличивал влажность в стратосфере. Поэтому, появляется возможность того, что, вопреки старым моделям, такая экзопланета может оставаться пригодной для существования жизни.

Это очень важное наблюдение для астрономов, занимающихся поиском миров, пригодных для существования жизни, так как звёзды малой массы наиболее распространены в нашей Галактике. Их количество значительно увеличивает шансы, что такой мир может быть найден среди них, а их небольшой размер увеличивает шанс обнаружить планетарные сигналы. Новая работа поможет астрономам выделить самых многообещающих кандидатов в поиске экзопланет.

«Как только мы узнали температуру звезды, мы можем оценить и то, есть ли у планет, расположенных близко к этой звезде, потенциал возникновения влажного парникового эффекта.Современные технологии уже подошли к пределу обнаружения небольших количеств водяного пара в атмосферах экзопланет. Есть будет обнаружено достаточно воды, то это, вероятно, будет означать, что планета находится в состоянии парникового эффекта».

В этой работе исследователи моделировали планету с атмосферой, как у Землю, но полностью покрытую океанами. Это предположение позволило им ясно видеть, как изменение радиуса орбиты и типа звёздного излучения влияло на количество водяного пара в атмосфере. В будущем специалисты планируют варьировать и другие характеристики, такие как гравитационная сила, размер, состав атмосферы и давление на поверхности. Всё это должно повлиять на циркуляцию водяного пара и на обитаемость экзопланеты.

По информации НАСА.

Источник: www.theuniversetimes.ru