|
Климат Земли помогает в поиске обитаемых экзопланет
|
|
|
|
Международная команда, в которую входят астрофизики из Университета Эксетера, извлекает уроки и методы, полученные из науки о климате Земли, чтобы проложить путь к надежному моделированию атмосфер планет, вращающихся вокруг далеких звезд, помогая в поиске потенциально обитаемых экзопланет. Важно отметить, что команда считает, что это исследование может также улучшить наше фундаментальное понимание и прогнозы будущего климата на Земле. Недавно запущенный космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) и будущие телескопы, такие как Европейский сверхбольшой телескоп (E-ELT), Тридцатиметровый телескоп (TMT) или Гигантский Магелланов телескоп (GMT), вскоре смогут охарактеризовать атмосферу Земли. каменистые экзопланеты, вращающиеся вокруг близлежащих красных карликов (звезд меньше и холоднее нашего Солнца). Однако без надежных моделей для интерпретации и управления этими наблюдениями мы не сможем раскрыть весь потенциал этих обсерваторий.
|
|
|
|
Один из методов заключается в использовании трехмерных моделей общей циркуляции (GCM), аналогичных тем, которые используются для прогнозирования климата Земли, для моделирования атмосферных характеристик, когда планеты вращаются вокруг своих звезд. Однако внутри этих сложных МОЦ существуют внутренние различия, которые приводят к противоречивым предсказаниям климата и, следовательно, к нашей интерпретации наблюдений за экзопланетами. В последние годы ученые усовершенствовали МОЦ, пытаясь воспроизвести и понять текущую тенденцию к потеплению, связанную с антропогенным изменением климата на Земле. Ключевой подход заключается в моделировании климата с помощью нескольких МОЦ и сопоставлении их с помощью проектов взаимного сравнения моделей, или MIP, которые лежат в основе наших знаний о климате Земли.
|
|
|
Команда, возглавляемая тремя начинающими исследователями — Томасом Фошезом (NASA GSFC, Американский университет, США), Денисом Сергеевым (Эксетерский университет, Великобритания) и Мартином Тюрбетом (LMD, Франция) — использовала этот опыт и недавние обновления модели для проведения всестороннее взаимное сравнение нескольких ведущих мировых ГКМ с применением их для изучения экзопланет. Д-р Сергеев, научный сотрудник Университета Эксетера, сказал: «Взаимные сравнения нескольких моделей являются одним из столпов современной науки о климате и историей успеха международного сотрудничества. Они играют важную роль в нашем понимании прошлых, настоящих и будущих климатических процессов. ... Привнося эти сравнения в исследования экзопланет, мы можем в конечном итоге улучшить нашу способность интерпретировать наблюдения телескопа».
|
|
|
|
Ключевой новый проект под названием THAI (взаимное сравнение обитаемой атмосферы TRAPPIST-1) фокусируется на подтвержденной экзопланете размером с Землю, обозначенной TRAPPIST-1e. Это четвертая планета от звезды-хозяина, красного карлика TRAPPIST-1, расположенного примерно в 40 световых годах от Земли. Важно отметить, что, поскольку орбита планеты находится в обитаемой зоне TRAPPIST-1, на ней может быть умеренный климат, подходящий для существования жидкой воды на ее поверхности. В проекте объединены четыре широко используемые модели — ExoCAM (на основе модели Национального центра атмосферных исследований США), LMD-G (разработана Лабораторией динамической метрологии в Париже), ROCKE-3D (на основе модели НАСА GISS). ) и UM (разработанный в Метеорологическом бюро Великобритании и адаптированный для экзопланет исследователями из Эксетерского университета) — для рассмотрения четырех различных сценариев атмосферы TRAPPIST-1e.
|
|
|
|
Они включали два сценария для поверхности (полностью сухая и один, покрытый глобальным океаном, обеспечивающим влагу для атмосферы) и два сценария для состава атмосферы (богатая азотом атмосфера с современными земными уровнями СО2 или марсианская СО2). - преобладающая атмосфера). Одним из крупнейших источников различий между МОЦ являются облака: было показано, что их оптические свойства, высота, толщина, покрытие значительно различаются между моделями из-за различий в параметризации облаков. «Известно, что представить мелкомасштабную физику влаги в ГКМ сложно. Это одно из основных направлений исследования атмосферы как для экзопланет, так и для науки о климате Земли», — сказал доктор Сергеев.
|
|
|
|
Доктор Фош, возглавляющий проект THAI, сказал: «THAI использовал ценный опыт аналогичных усилий в сообществе наук о Земле, изучающих антропогенное глобальное потепление. Однако он также смог передать знания обратно благодаря улучшениям в базовой модели. фреймворки, разработанные как часть экзопланетных приложений». Результаты этих анализов, которые впервые показывают, как использование МОЦ может повлиять на будущую интерпретацию данных и будущее планирование наблюдательных кампаний, представлены в трех полностью открытых статьях. Полные результаты опубликованы 15 сентября 2022 года в специальном выпуске The Planetary Science Journal (PSJ).
|
|
|
|
Тем не менее, команда считает, что THAI не только проложит путь к надежному моделированию потенциально обитаемых далеких миров, но и соединит наши усилия по поиску жизни за пределами Земли с исследованиями нашего собственного изменяющегося климата. Д-р Сергеев добавил: «Наша работа над TRAPPIST-1e с очень отличной от Земли конфигурацией орбиты выявила несколько улучшений, например, обработки звездного нагрева атмосферы, которая теперь реализована в UM и применяется к Земле». THAI прокладывает путь для более крупного проекта по взаимному сравнению моделей «Климат с использованием интерактивных наборов взаимосравнений, вложенных для исследований экзопланет» (CUISINES), который будет включать более широкое разнообразие целей и моделей экзопланет для систематического сравнения и, следовательно, проверки их.
|
|
|
|
Источник
|
