|
Климат экзопланеты и ее потенциальная обитаемость
|
|
|
|
Когда далекая планета появляется в поле зрения телескопа, она выглядит как крохотная точка. Совершенно невозможно сказать, что происходит на поверхности такого мира – идет ли там дождь, есть ли атмосфера, наконец, ходит ли кто-то по ее поверхности? Современные телескопы находятся на нижней грани способностей, необходимых, чтобы ответить на эти вопросы. Когда планета проходит перед своей звездой на линии ее наблюдения, по преломлению света звезды в атмосфере планеты можно определить, какие химические элементы составляют основу атмосферы экзопланеты. Пока такие наблюдения доступны только для газовых гигантов.
|
 |
|
Для изучения небольших твердых планет, особенно интересных с точки зрения поисков жизни, пока приходится полагаться на модели, которые строятся на основании наших знаний о планетах Солнечной системы. Франсуа Форже, сотрудник Лаборатории динамической метеорологии Института Пьера-Симона Лапласа, занятый в одном из подобных исследований, признает ограниченность такого подхода, основанного на сведениях об очень ограниченном числе миров, да еще и в одной планетарной системе. Тем не менее, этот единственный путь должен быть освоен. «Это амбициозное начинание, – говорит Форже. – Она (модель – КЖ) разработана так, чтобы можно было максимально подробно и точно описать поведение любого типа атмосферы около любого типа звезды, чтобы с помощью такого инструмента можно было изучить большой набор планет». Центральная часть работы – анализ факторов, формирующих атмосферу планеты. Различные комбинации этих факторов – свойств планеты – отвечают разнообразным далеким мирам.
|
|
|
| Климат планеты, а заодно и ее потенциальная обитаемость, зависят от
трех основных факторов: состав атмосферы (включая наличие большого количества
влаги, а значит океанов), переменность яркости ее звезды, и параметров
движения – расстояния до звезды и вращения планеты. Сочетание непохожих
на аналогичные в Солнечной системе факторов может привести к появлению
жизни в неожиданных условиях, например, на небольшом расстоянии от тусклой
звезды. При этом, однако, планета может быть захвачена приливными силами,
что скорее всего неблагоприятно для климата. Наоборот, планета может находиться
далеко от намного более яркой звезды. Правда, в этом случае колебания
яркости, присущие гигантам, могут периодически стерилизовать поверхность
планеты. Наконец, планета может находится очень близко к яркой звезде,
так что, будучи захвачена приливными силами, она будет иметь две сильно
разные половины – выжженную ближнюю к звезде сторону и обратную, на которой
условия могут быть пригодны для жизни. Пограничная зона также может оказаться
интересным и пригодным для жизни местом, но всеравно для комфортного жилья
потребуется компрессор
воздушный. Эти соображения подсказывают, что необходимо учитывать
все факторы в их взаимосвязи. |
|
|
|
Все эти и некоторые другие сценарии были рассмотрены в работе Форже и его коллег. Основная часть работы заключается в моделировании различных возможных атмосфер планет в зависимости от их масс и температур. «Вопрос о том, какая атмосфера может быть у похожей на Землю планеты допускает широкую дискуссию, – говорит Форже. – Мы не знаем количественных границ параметров, разделяющих разные типы атмосфер. К этому нужно добавить физические процессы, управляющие поведением атмосферы и с трудом поддающиеся описанию». С последним трудно не согласиться, ведь даже на нашей планете эти процессы изучены недостаточно, чтобы давать точный прогноз погоды на несколько дней.
|
|
|
|
И все же некоторые основные качественные отличия между планетами, ведущие к принципиально разным атмосферам, выделить можно. Например, газовые гиганты очень тяжелы, так что их гравитация способна удерживать легкие элементы – водород и гелий. Это основной строительный материал для звезд и их планет. Молодая Солнечная система была ими богата, и атмосфера ранней Земли должна была содержать большое количество легких газов, которые затем улетучились в космос. Марс также почти наверняка имел богатую водородом атмосферу после образования, но его гравитация оказалась неспособна удержать даже более тяжелые элементы.
|
|
|
|
Поэтому похожие на Землю или Марс планеты если и имеют атмосферу, то она должна содержать более тяжелые элементы и соединения – углекислый газ, азот, воду. Если планета получает хотя бы небольшой избыток тепла от звезды по сравнению с пригодной для жизни Землей, возникает опасность парникового эффекта. Водяной пар является эффективным парниковым газом, так что наличие в атмосфере воды еще не значит потенциальную обитаемость планеты. Возможно, она уже обречена на перегрев. Эта участь ждет и Землю, так как Солнце постепенно увеличивает свою яркость. Впрочем, как минимум миллиард лет этого не стоит опасаться. На Венере этот процесс уже закончился. Вся вода, некогда бывшая на планете, испарилась. В атмосфере солнечные лучи разрушили молекулы воды, и водород был потерян в космос, так что теперь нет никакой надежды вернуть прошлое планеты. Оставшиеся тяжелые элементы создают современную плотную атмосферу планеты, в которой спускаемые аппараты с трудом выдерживают несколько минут работы. В далеких от звезды планетах углекислый газ может замерзнуть, создавая ледяную поверхность, тогда как азот остается в атмосфере, если планета не оказывается холоднее Нептуна.
|
|
|
|
Кроме теоретизирования, Форже старается применить свои соображения к изучению уже известных планет. Одной из таких планетарных систем является набор миров, открытых в течение последних нескольких лет около звезды Глизе 581, расположенный на расстоянии 20 световых лет от нас. Поначалу эта система считалась хорошим кандидатом на наличие обитаемой планеты, но теперь это мнение изменилось. «Поначалу большой интерес вызвала планета Глизе 581с, однако общение астрономов с климатологами быстро остудило пыл первых. Планета находится слишком близко к звезде, так что она наверняка испытывает нарастающий парниковый эффект», – говорит Форже.
|
|
|
|
Затем была открыта планета Глизе 581g, находящаяся прямо посередине зоны обитания звезды. Однако точность используемых при этом наблюдательных данных невысока, так что планета может оказаться всего лишь шумом наблюдений. Наконец, планета Глизе 581d слишком холодна. Она получает в три раза меньше тепла, чем Земля, и при этом находится столь близко к своей карликовой звезде, что должна быть захвачена приливными силами. «Применив наши модели к этой планете, мы с легкостью показали, что она все же может быть обитаемой. Для этого она должна обладать толстой атмосферой, чтобы поддерживать жидкую воду на поверхности», – говорит Форже.
|
|
|
|
В случае Глизе 581с Форже также не склонен полностью отрицать возможную обитаемость. Если климат планеты сильно зависит от географического положения, то на ночной стороне планеты могут быть достаточно холодные для воды места. Так как эта планета ближе к звезде, чем Глизе 581d, то она и подавно захвачена приливными силами.
|
|
|
|
http://www.cosmos-journal.ru/articles/2433/
|
