|
Эллиптические орбиты необходимы для обитаемости экзопланет
|
|
|
|
Сейсмический сдвиг произошел в астрономии во время научной революции, начавшейся с эрудита 16-го века Коперника и его предположения о том, что Земля вращается вокруг Солнца. К 17 веку знаменитый инженер и астроном Галилео Галилей усовершенствовал гелиоцентрическую модель Коперника, используя наблюдения, сделанные с помощью телескопов, которые он построил сам. Однако только после того, как Кеплер обнаружил, что планеты движутся вокруг Солнца по эллиптическим орбитам (а не по круговым), астрономические модели полностью совпали с наблюдениями за небом.
|
|
|
|
Как оказалось, именно эта особенность орбитальной механики может быть существенной для возникновения жизни на планетах, подобных Земле. Такова была гипотеза, выдвинутая в недавнем исследовании группой астрономов под руководством Университета Лидса.
|
|
|
|
Согласно их работе, эксцентриситет орбиты (насколько сильно орбита планеты отклоняется от окружности) может влиять на климатическую реакцию планеты, что может оказать глубокое влияние на ее потенциальную пригодность для жизни. Эти результаты могут иметь большое значение для исследователей экзопланет, поскольку они продолжают поиски планет, похожих на Землю, на которых могла бы существовать жизнь.
|
|
|
Команду возглавлял Бинхан Лю, аспирант факультета физики и астрономии Лидского университета, который провел исследование в рамках своей диссертации. К нему присоединился Дэниел Р. Марш, заведующий кафедрой сравнительного изучения атмосфер планет Пристли (и научный руководитель диссертации Лю), и другие коллеги из Лидса и Института астрономии Кембриджского университета.
|
|
|
|
Их статья "Эксцентричные орбиты могут повысить обитаемость экзопланет земного типа" была недавно опубликована в журнале Monthly Notices Королевского астрономического общества.
|
|
|
|
Идея круговых орбит имеет глубокие корни в западной астрономии, уходящие корнями в классическую древность. Некоторые примеры включают Платона и Аристотеля, которые утверждали, что известные тогда небесные тела (Луна, Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер и Сатурн) были идеальными сферами, которые вращались вокруг Земли по концентрическим кругам.
|
|
|
|
Это убеждение сохранилось вплоть до научной революции, когда и Коперник, и Галилей утверждали, что известные в то время планеты (Меркурий, Венера, Земля и Луна, Марс, Юпитер и Сатурн) вращались вокруг Солнца по концентрическим окружностям.
|
|
|
|
Только после того, как Иоганн Кеплер ввел концепцию эллиптических орбит, ученые смогли сопоставить свои астрономические модели с наблюдаемыми движениями планет. С тех пор ученые многое узнали о параметрах орбиты, таких как большая полуось (a), эксцентриситет (e), осевой наклон, наклонная точка (i) и периапсис, и о том, как они могут влиять на климат планеты с течением времени. Эти параметры также стали очень важными для изучения экзопланет, поскольку они жизненно важны для определения того, может ли планета быть "потенциально пригодной для жизни".
|
|
|
|
Для своего исследования Лю и его коллеги использовали климатическую модель сообщества Whole Atmosphere Community Climate Model (WACCM6), высококачественную интерактивную модель земной системы, способную имитировать условия на Земле (от океанов до верхних слоев атмосферы) для моделирования экзопланет земного типа с двумя различными параметрами орбиты.
|
|
|
|
Для одного набора они назначили круговые орбиты (e = 0), в то время как другим были присвоены орбиты с большим эксцентриситетом (e = 0,4), что намного превышает эксцентриситет Земли (0,016). Им также был присвоен нулевой угол наклона и фиксированный уровень годовой солнечной радиации (он же среднегодовая инсоляция).
|
|
|
|
После 30-летнего моделирования для каждого случая они изучили, как обе группы экзопланет реагируют на изменение климата. Это включало широтные и сезонные колебания в их гидрологическом цикле (морской лед, снег на суше и облака) и показатели пригодности для жизни на суше, такие как температура поверхности и количество осадков.
|
|
|
|
Как они указали в своей статье, экзопланеты, входящие в группу с сильно эксцентричными орбитами, имеют на 25% больше пригодной для жизни площади суши на протяжении более чем 80% своей орбиты, при среднем увеличении на 7% за весь их орбитальный цикл.
|
|
|
|
Естественно, были некоторые оговорки и дополнения, которые они обязательно должны были включить:
|
|
|
|
"Важно отметить, что пригодность земли для жизни зависит от выбранного показателя и продолжительности времени, в течение которого выполняются условия для конкретного показателя. Мы пришли к выводу, что при том же среднегодовом звездном потоке планета, аналогичная Земле, с нулевым наклоном орбиты вокруг солнцеподобной звезды, возможно, обладает большей пригодностью для жизни на суше по сравнению со своим круглым аналогом".
|
|
|
|
Другими словами, моделирование основано на планетах с гораздо более эксцентричными орбитами, чем у Земли, и не подвержено таким же изменениям наклона, которые также оказывают глубокое влияние на климат Земли (например, ледниковые и межледниковые периоды).
|
|
|
|
Тем не менее, их исследование демонстрирует, что планеты с эксцентричными орбитами с большей вероятностью пригодны для жизни, чем планеты с круговыми орбитами, которые практически не подвержены сезонным колебаниям в течение года. Эти результаты могут иметь существенное значение для изучения экзопланет и поиска пригодных для жизни миров за пределами Солнечной системы.
|
|
|
|
Кроме того, они отмечают, какую пользу астрономы получат от обсерваторий следующего поколения, которые в ближайшем будущем смогут обнаруживать похожие на Землю экзопланеты с эксцентричными орбитами.
|
|
|
|
"Вероятность обнаружения экзопланет земного типа с высокой эксцентричностью невелика из-за ограниченности современных методов наблюдения, которые ориентированы на сближение и, таким образом, на замкнутые приливами экзопланеты на круговых орбитах. Однако с помощью предстоящих миссий наземных и космических телескопов, таких как PLATO, ELT и HWO, могут быть обнаружены и охарактеризованы более эксцентричные скалистые экзопланеты, похожие на Землю.
|
|
|
|
"Понимание потенциальных последствий для климата и пригодности для жизни сильно эксцентричных скалистых экзопланет остается сложной задачей".
|
|
|
|
Источник
|
