|
Планеты-океаны могут поддерживать жизнь миллиарды лет
|
|
|
|
Маломассивные экзопланеты (массой менее Марса), целиком покрытые водой, вопреки ожиданиям, не испытывают бесконтрольный парниковый эффект и могут оставаться в зоне обитаемости на протяжении миллиардов лет. Результаты моделирования направлены на публикацию в The Astrophysical Journal, препринт можно прочитать на arXiv.org. Астрономы считают возможным существование большого количества маломассивных экзопланет, располагающих, несмотря на малую гравитацию, большими запасами воды, и при этом находящихся в зоне обитаемости своей звезды. Одним из источников тел такого рода могут быть экзолуны планет-гигантов в других системах, за пределами Солнечной.
|
|
|
|
Из наблюдений известно, что зачастую планеты-гиганты мигрируют ближе к своим звездам. В Солнечной системе крупные планеты имеют множество спутников, причем многие из них в значительной мере состоят из водного льда. Предполагается, что в результате миграции экзопланеты-хозяина некоторые из этих спутников неизбежно будут утрачены и превратятся в маломассивные самостоятельные планеты (отдельные исследователи предлагают называть их плунетами). При этом из-за большого количества воды в их составе они окажутся покрыты глубокими океанами. Сегодня главным критерием потенциальной обитаемости небесных тел считается существование на их поверхности жидкой воды.
|
|
|
Пока остается неясным, могут ли маломассивные тела, близкие к своей звезде, удерживать свою атмосферу и океаны длительное время, несмотря на слабую гравитацию. Для маломассивных тел это может быть непросто из-за так называемого бесконтрольного парникового эффекта. Его отличие от обычного парникового эффекта заключается в том, что нагрев атмосферы так силен, что приводит к попаданию водяных паров в стратосферу (на Земле стратосфера по сути безводна, водяные пары не могут ее достигнуть в силу низких температур в верхней тропосфере). В стратосфере водяные пары под действием ультрафиолетового излучения распадаются на более легкие водород и кислород, причем первый быстро покидает тела с умеренной гравитацией. У близких к звездам планет может случиться нагрев до температуры, когда все океаны выкипят, сделав небесное тело непригодным для жизни земного типа.
|
|
|
|
Исследователи из Гарвардского университета и Массачусетского технологического института во главе с Константином Арншейдтом (Constantin Arnscheidt) попытались установить, возможно ли долговременное существование атмосферы и, соответственно, жидкой воды на поверхности таких тел. Для этого они взяли сценарий наличия у маломассивного тела большого количества воды (40 процентов по массе) и атмосферы, целиком состоящей из водяного пара (вариант, легче всего поддающийся бесконтрольному парниковому эффекту). Затем ученые подсчитали, как будет изменяться площадь той части атмосферы, что поглощает излучение светила, и площадь той части газовой оболочки, что переизлучает в космос в инфракрасном диапазоне.
|
|
|
|
Для маломассивных и богатых водой тел из-за их низкой гравитации атмосфера в зоне обитаемости будет простираться заметно выше, чем для тел с большой гравитацией. При этом уже самые верхние слои атмосферы будут переизлучать в космос инфракрасное излучение, охлаждая планету. А вот эффективное поглощение коротковолнового излучения от звезды будет проходить в нижних слоях атмосферы. Фактически, маломассивное тело будет покрыто охлаждающим его (за счет переизлучения в космос) газовым пузырем большого размера (то есть «распухшими» верхними слоями атмосферы). По расчетам авторов, для температур поверхности планеты между 273 и 440 кельвин (примерно от нуля до +167 по Цельсию) бесконтрольный парниковый эффект наблюдаться не будет вовсе. То есть планеты-океаны массой от 0,1 земной до, как минимум, 0,03 земной вполне смогут оставаться обитаемыми на протяжении времени от миллиарда до более чем ста миллиардов лет.
|
|
|
|
Консервативная ширина обитаемой зоны для них, согласно расчетам исследователей, составит 0,08 астрономической единицы для планетных систем у желтых карликов (например Солнечной системы), и 0,008 астрономической единицы для планетных систем у красных карликов. Исследователи отмечают, что это именно консервативная оценка — при наличии на таких телах геохимических циклов (например, углеродного), стабилизирующих климат, ширина обитаемой зоны для них будет намного больше. И напротив, заметное количество углекислого газа в атмосфере без эффективного углеродного цикла (как на Венере сейчас) может привести к сужению такой обитаемой зоны.
|
|
|
|
Авторы отмечают, что описанные ими миры, в силу наличия протяженной атмосферы, могут иметь радиус более 0,3-0,4 земного. Это лежит в рамках наблюдательных возможностей космических телескопов, например, недавно вышедшего из строя «Кеплера» или будущих космических телескопов. Таким образом, их выводы о возможности длительного существования жидкой воды и атмосферы у маломассивных тел в зоне обитаемости можно будет проверить наблюдениями. Астрономы уже не раз корректировали представления о размерах зоны обитаемости для тех или иных необычных условий. Недавно мы писали о том, как они расширили ее для планет вокруг тесно расположенных двойных звезд.
|
|
|
|
Источник
|
