|
Прогнозирование погоды в инопланетных планетах
|
|
|
|
Система TRAPPIST-1, расположенная примерно в 41 световом году от Земли, является центром многочисленных дискуссий об экзопланетах — главным образом потому, что в ней подтверждено существование семи планет, вращающихся вокруг тусклой звезды типа M-карлика. Две из этих планет — TRAPPIST-1e и -1f — предположительно находятся в обитаемой зоне звезды. Однако обитаемая зона M-карликов находится так близко к самой звезде, что планеты, вероятно, находятся в приливном захвате, то есть у них есть постоянная дневная и ночная стороны, а между ними — «сумеречный терминатор».
|
|
|
|
Вооружившись этими знаниями, ученые пытаются смоделировать климат на этих двух экзопланетах, и новая статья Якоба Хакк-Мисры из Blue Marble Space, опубликованная на сервере препринтов arXiv, использует новый тип климатической модели для точного моделирования с гораздо меньшими вычислительными затратами.
|
|
|
|
Как правило, при моделировании климата экзопланет ученые используют трехмерные модели общей циркуляции атмосферы (GCM). Эти чрезвычайно сложные модели явно рассчитывают такие параметры, как перенос излучения, динамика атмосферы и другие физические процессы. Но все эти вычисления означают, что они очень затратны с точки зрения вычислительных ресурсов, что затрудняет их использование при исследовании множества потенциальных переменных, таких как количество углекислого газа или звездной энергии, которую может получать планета.
|
|
|
|
|
|
|
Однако существуют альтернативы. Ученые также используют более простые модели, называемые моделями энергетического баланса (EBM). Эти гораздо более простые модели, которые обычно работают только в одном измерении (по сравнению с тремя в GCM), не пытаются моделировать каждую каплю дождя или порыв ветра. Вместо этого они рассматривают энергию, которая поступает на планету от излучения звезды-хозяина и которая покидает планету посредством излучения обратно в космос. Балансировка этих двух значений дает общее представление о том, насколько потеплеет или похолодает планета, и требует гораздо меньших вычислительных затрат.
|
|
|
|
Доктор Хакк-Мисра выбрал для своей работы конкретную модель баланса энергии обитаемых экзопланет (HEXTOR). Однако ему пришлось модифицировать её для планеты с приливной блокировкой, переключив её координатную ось с широты на долготу, чтобы смоделировать непрерывный перенос энергии с «дневной» стороны планеты на «ночную», в отличие от традиционного переноса энергии от экватора к полюсам на планете без приливной блокировки.
|
|
|
|
Для повышения точности своей модели доктор Хакк-Мисра откалибровал её, используя таблицу температур поверхности, сгенерированную более ресурсоёмкими глобальными климатическими моделями в рамках проекта TRAPPIST-1 Habitable Atmosphere Intercomparison (THAI), проекта, инициированного сообществом, который установил стандартный набор моделей экзопланет, помогающих связать некоторые свойства этой интересной группы планет. Благодаря этому калибровочному набору данных и его модификации по долготе, HEXTOR смог успешно воссоздать глобальную среднюю температуру 240,8 К для TRAPPIST-1e, что практически совпало с результатом более сложных моделей общей циркуляции атмосферы THAI.
|
|
|
|
После этого подтверждения концепции доктор Хакк-Мисра в полной мере воспользовался преимуществами упрощенной модели, проведя 6300 симуляций, корректируя количество инсоляции (поступающего звездного света) и давление углекислого газа в атмосфере планеты. Он обнаружил, что наиболее вероятный сценарий для TRAPPIST-1e — это «холодная» дневная сторона, которая перейдет в «теплую дневную сторону» или состояние без льда только в том случае, если парциальное давление CO2 будет равно или превышать приблизительно 0,1 бар. TRAPPIST-1f, с другой стороны, скорее всего, является планетой-«снежным шаром», причем даже ее дневная сторона будет полностью покрыта льдом. Для полного отсутствия льда на дневной стороне потребуется давление CO2 выше 1 бар — по сути, это будет массивный парниковый эффект.
|
|
|
|
Но на самом деле модель HEXTOR никогда не предназначалась для получения конечного результата. Ее истинная цель — определить, какая из 6300 проведенных симуляций окажется наиболее интересной для дальнейшего изучения с помощью более дорогостоящих глобальных климатических моделей. Такое сочетание «разведывательной» модели и последующих мощных моделей может помочь, например, космическому телескопу Джеймса Уэбба в исследовании этой интересной Солнечной системы и, возможно, обнаружении атмосферы, способной поддерживать жизнь в том виде, в каком мы ее знаем.
|
|
|
|
Источник
|
