Вчені знайшли метод пошуку життєздатних планет

Нове дослідження NASA допоможе нам краще відібрати планети поза нашою Сонячною системою, на яких можливе існування життя.

Про це повідомляють у Національному управлінні з аеронавтики і дослідження космічного простору США (NASA).

«Використовуючи модель, яка більш реалістично імітує атмосферні умови, мі відкрили новий процес, який контролює життєздатність на екзопланетах і допоможе нам ідентифікувати кандидатів для подальшого вивчення», - сказав Юка Фудзій з Інституту космічних досліджень Годдарда НАСА у Нью-Йорку та Інституту наук про Землю Токійського технологічного інституту в Японії, провідний автор статті з даним дослідженням, опублікованій в Astrophysical Journal 17 жовтня.

Попередні моделі симулюють атмосферні умови вздовж одного виміру – вертикалі. Як і деякі інші недавні дослідження щодо придатності для життя, в новому дослідженні використовується модель, яка розраховує умови у всіх трьох вимірах, що дозволяє імітувати циркуляцію атмосфери та особливості цієї циркуляції, що не можуть зробити одно-вимірні моделі. Нова робота допоможе астрономам зберегти час на дослідження для найбільш перспективних планет-кандидатів на життєздатність.

Як ми знаємо, рідка вода є необхідною для життя, тому поверхня інопланетного світу (наприклад, екзопланети) вважається потенційно життєздатною, якщо її температура дозволяє забезпечити наявність рідкої води впродовж достатнього часу (мільярди років) щоб розросталося життя. Якщо екзопланета розташована занадто далеко від своєї батьківської зірки, вона буде занадто холодною, а її океани замерзнуть. Якщо ж екзопланета занадто близько, світло від зірки буде надто інтенсивним і її океани в результаті випаруються та будуть викинуті у космос. Це відбувається, коли водяна пара піднімається до шару верхньої атмосфери під назвою стратосфера, де розбивається на свої елементарні компоненти (водень та кисень) ультрафіолетовим світлом зірки. Тоді надто легкі атоми водню можуть втекти у космос. У процесі втрати своїх океанів таким чином, планети переходять у так званий «вологий парниковий» стан з-за своєї вогкої стратосфери.

Для того, щоб водяна пара піднялася в стратосферу, попередні моделі передбачали, що довготривалі температури поверхні повинні бути більшими, ніж будь-які зафіксовані на Землі – понад 66 градусів за Цельсієм. Ці температури зміцнюють інтенсивні конвективні шторми; однак, виявляється, ці шторми не є причиною того, що вода досягає стратосфери для переходу до вологого парникового стану на планетах, що повільно обертаються.

«Ми виявили важливу роль радіації, яку випромінює зірка, і ефект, який вона дає для атмосферної циркуляції на екзопланетах, утворюючи на них вологий парниковий стан», - каже Фудзій. Для екзопланет, що рухаються навколо своїх батьківських зірок, гравітація зірки може бути достатньо сильною, щоб сповільнити обертання планети. Це може спричинити повне блокування – з однієї сторони, перед зіркою, вічний день, з другої сторони – вічна ніч.

Коли це трапляється, на денній поверхні планети утворюються товсті хмари і діють як сонячна парасолька, щоб захистити поверхню від більшої частини сонячного світла. Хоча це може охолодити планету і запобігти зростанню водяної пари, вчені виявили, що кількість ближнього інфрачервоного випромінювання (NIR) від зірки може забезпечити тепло, необхідне для того, щоб планета переходила в вологий парниковий стан. NIR – це тип світла, невидимого для людського ока. Вода у вигляді пари в повітрі та водяних крапель або кристалів льоду у хмарах сильно поглинає світло NIR, підогріваючи повітря. Коли повітря підігрівається, воно піднімається, переносячи воду в стратосферу, де створюється вологий парник.

Цей процес актуальний для планет навколо зірок з малою масою, які є холоднішими та більш тьмяними, ніж Сонце. Щоб бути життєздатними, планети повинні бути набагато ближчими до таких зірок, ніж наша Земля до Сонця. У такій близькості ці планети, ймовірно, піддаються сильним приливам від своєї зірки, що змушує їх повільно обертатися. Крім того, чим холоднішою є зірка, тим більше NIR вона випромінює. Нова модель продемонструвала, що оскільки ці зірки випромінюють основну частину свого світла на довжинах хвиль NIR, вологий парниковий стан призведе навіть до умов, порівнянних або дещо тепліших від тропіків Землі. Для екзопланет, які ближче до своїх зірок, вчені встановили, що процес, керований NIR, поступово підвищує вологість в стратосфері. Отже, всупереч попереднім моделям, можливо, що екзопланети, які ближче до своєї батьківської зірки, можуть лишатися життєздатними.

Це важливе спостереження для астрономів, які шукають населені світи, оскільки у галактиці найбільш поширеними є зірки з малою масою. Їхня чисельність збільшує шанси на те, що серед них можна знайти населений світ, а їх невеликий розмір збільшує шанс виявити планетарні сигнали.

Нова робота допоможе астрономам у пошуках планет, які могли б підтримувати життя, екранувати найбільш перспективних кандидатів. «Поки ми знаємо температуру зірки, ми можемо оцінити, чи можуть планети, близькі до своїх зірок, бути у вологому парниковому стані», - сказав Ентоні Дель Геніо з Інституту космічних досліджень Годдарда, співавтор статті. «Поточна технологія буде витіснена до межі для виявлення невеликої кількості водяної пари в атмосфері екзопланет. Якщо є достатньо води для виявлення, це, мабуть, означає, що планета знаходиться в вологому парниковому стані».

У цьому дослідженні було взято абстрактну планету з атмосферою, як у Землі, але цілком охоплену океанами. Ці припущення дозволили команді чітко зрозуміти, як зміна орбітальної відстані та типу випромінювання зірки вплинула на кількість водяної пари в стратосфері. У майбутньому команда планує відмітити такі характеристики планети, як сила тяжіння, розмір, атмосферний склад та тиск на поверхню, щоб побачити, як вони впливають на циркуляцію водяних парів та їх життєздатність.

OstanniPodii.com