|
Космическая погода кардинально меняет судьбу планеты
|
|
|
|
Мы склонны рассматривать пригодность для жизни с точки зрения отдельных планет и их потенциала для зарождения жизни. Но, за исключением таких необычных объектов, как планеты-изгои с внутренним нагревом или ледяные спутники с подповерхностными океанами, образовавшимися в результате приливного нагрева, обитаемость обусловлена отношениями между экзопланетой и звездой, а не отдельными планетами. Новое исследование подчеркивает этот факт.
|
|
|
|
Красные карлики известны своими мощными звездными вспышками, которые могут сделать близлежащие планеты непригодными для жизни. Однако даже относительно спокойные звезды, такие как наше Солнце, создают космическую погоду. Солнечные вспышки, звездный ветер и корональные выбросы массы по-разному влияют на разные типы планет. Земля в значительной степени защищена от этих воздействий своей магнитосферой.
|
|
|
|
Однако в течение длительного времени космическая погода может оказывать сильное влияние на формирование атмосферы экзопланеты. Новое исследование, которое будет опубликовано Американским астрономическим обществом, описывает это влияние на климат экзопланет, подверженных приливам. Она называется "Влияние кратковременного звездного излучения на планетарный климат экзоземель, подверженных приливам", и ее ведущим автором является Говард Чен из отдела аэрокосмических, физических и космических наук Флоридского технологического института. В настоящее время он доступен на сервере препринтов arXiv.
|
|
|
|
|
|
|
"Явления космической погоды в планетарной среде, вызванные кратковременным излучением звезды-хозяина, включая звездные вспышки, корональные выбросы массы и звездные протонные события, могут существенно повлиять на климат экзопланеты и историю эволюции атмосферы", - пишут авторы. "Эти зависящие от времени события могут также повлиять на нашу способность измерять и интерпретировать его свойства, модулируя содержание ключевых химических соединений и изменяя яркостную температуру атмосферы".
|
|
|
|
Фотохимия атмосфер экзопланет - хорошо изученная тема, но эта работа отличается от большинства предыдущих исследований. В ней используются трехмерные модели общей циркуляции, в то время как большинство предыдущих работ основывались на моделях с одним столбцом. Модели с одной колонной фокусируются на вертикальности и на том, как влажность, энергия и импульс в колоннах влияют на атмосферу в одном месте. 3D-модели лучше имитируют атмосферу в целом и включают как вертикальные, так и горизонтальные эффекты. Они включают в себя крупномасштабные эффекты, такие как струйные течения, которых нет в одностоечных моделях.
|
|
|
|
Эта работа посвящена звездным вспышкам и энергетическим частицам, которыми они осыпают экзопланеты. Авторы объясняют: "Мы исследуем их воздействие на синхронно вращающиеся планеты, подобные TRAPPIST-1e, в различных пространственно-временных масштабах". TRAPPIST-1e - хорошо известная и часто изучаемая каменистая экзопланета в обитаемой зоне TRAPPIST-1, ультрахолодного красного карлика.
|
|
|
|
Данные, полученные в ходе миссии НАСА "Кеплер", показывают, что энергия и амплитуда звездных вспышек у звезд F, G и K-типов не сильно различаются. Однако частота вспышек и их спектральное распределение сильно различаются в зависимости от типа звезды. Вспышки с одинаковой энергией могут иметь разное спектральное распределение, что означает, что некоторые из них могут излучать относительно безвредный оптический свет, в то время как другие могут испускать рентгеновские и ультрафиолетовые лучи. Спектральное распределение связано с основными процессами, происходящими в звезде, такими как активность в магнитосфере и хромосфере.
|
|
|
|
Известно, что такие звезды, как TRAPPIST-1, имеют высокий уровень магнитосферы и хромосферы в течение миллиардов лет, что может приводить к сверхвспышкам. "Это может влиять на атмосферную среду близких экзопланет в течение длительного времени, вызывая потерю воды в результате фотолиза и выделения водорода", - пишут авторы.
|
|
|
|
Вспышки генерируют энергичные частицы, которые могут вызвать резкое похолодание в термосфере экзопланеты за счет радиационного охлаждения оксида азота (NO) и углекислого газа. Эти молекулы возбуждаются энергичными частицами звездных вспышек и высвобождают эту энергию в инфракрасном диапазоне, что приводит к охлаждающему эффекту.
|
|
|
|
В средних и нижних слоях атмосферы такие молекулы, как вода и закись азота (N20), поглощают инфракрасную энергию и оказывают согревающее действие. Интенсивные звездные вспышки могут оказывать мощное согревающее воздействие на средние слои атмосферы, создавая ветер со скоростью 40 метров в секунду (144 км/ч) на поверхности звезды вблизи линии терминатора.
|
|
|
|
Исследование показывает, что звездные вспышки не только меняют фотохимию атмосферы, но и могут изменить характер циркуляции. Это может привести к распространению молекулярных частиц и тепла по планете таким образом, который невозможен без вспышек.
|
|
|
|
"Наши методы 3D-моделирования и анализа позволяют по-новому взглянуть на то, как планеты, вращающиеся вокруг активных и вспыхивающих звезд, могут испытывать повышенные климатические аномалии", - пишут авторы в своем заключении. "Наши результаты показывают, что, помимо инициирования ключевых путей фотохимических реакций и нарушения фотохимического равновесия, крупные звездные события могут повлиять на динамику атмосферы и даже изменить режим циркуляции планет в самых экстремальных сценариях".
|
|
|
|
Хотя многие исследования показывают, что рентгеновское и сверхвысокочастотное излучение звезд может оказывать сильное фотохимическое воздействие, не все экзопланеты подвержены его воздействию. Для экзопланет, которые таковыми не являются, это исследование показывает, что "... кратковременное звездное излучение может быть доминирующим каналом, через который управляется динамика субзвездных атмосфер".
|
|
|
|
Исследование показывает, что наиболее восприимчивыми к экзопланетам являются те, которые вращаются вокруг молодых звезд с повторяющимися звездными вспышками. "Наши результаты показывают, что последовательные, более энергичные извержения молодых звезд могут быть ключевым фактором, определяющим динамику атмосферы их планет", - объясняют исследователи в своей статье.
|
|
|
|
"Таким образом, атмосферы планет вокруг звезд со спорадическими, а не последовательными извержениями (что дает больше времени между каждым событием для фотохимического восстановления химических веществ, таких как озон), вероятно, будут испытывать наибольшую степень изменчивости. Эти кандидаты, вероятно, будут расположены вокруг умеренно активных звезд", - заключают авторы.
|
|
|
|
Эффекты, описанные в статье, могут иметь серьезные последствия для планет земной группы в долгосрочной перспективе, изменяя тепловую эволюцию их атмосфер. Авторы объясняют, что их результаты имеют значение для будущих миссий, которые будут непосредственно изучать экзопланеты, поскольку эти миссии могут быть способны исследовать "погодные системы, подверженные астрофизическому влиянию, на планетах обитаемой зоны". Эти миссии включают в себя предполагаемую обсерваторию обитаемых миров и Большой интерферометр для изучения экзопланет.
|
|
|
|
Источник
|
