Ученые нашли способ поиска жизнеспособных планет

Новое исследование NASA поможет нам лучше отобрать планеты вне Солнечной системы, на которых возможно существование жизни.

Об этом сообщают в Национальном управлении по аэронавтике и исследованию космического пространства США (NASA).

«Используя модель, более реалистично имитирующую атмосферные условия, мы открыли новый процесс, который контролирует жизнеспособность на экзопланетах и поможет нам идентифицировать кандидатов для дальнейшего изучения», - сказал Юкка Фудзи из Института космических исследований Годдарда НАСА в Нью-Йорке и Института наук о Земле Токийского технологического института в Японии, ведущий автор статьи с данным исследованием, опубликованной в Astrophysical Journal 17 октября.

Предыдущие модели симулируют атмосферные условия вдоль одного измерения – вертикали. Как и некоторые другие недавние исследования по пригодности для жизни, в новом исследовании используется модель, которая рассчитывает условия во всех трех измерениях, позволяет имитировать циркуляцию атмосферы и особенности этой циркуляции, что не могут сделать одно-мерные модели. Новая работа поможет астрономам сэкономить время на исследования для наиболее перспективных планет-кандидатов на жизнеспособность.

Как мы знаем, жидкая вода необходима для жизни, поэтому поверхность инопланетного мира (например, экзопланеты) считается потенциально жизнеспособной, если ее температура позволяет обеспечить наличие жидкой воды в течение достаточного времени (миллиарды лет) для разрастания жизни. Если экзопланета расположена слишком далеко от своей родительской звезды, она будет слишком холодной, а ее океаны замерзнут. Если же экзопланета слишком близко, свет от звезды будет слишком интенсивным и ее океаны в результате испарятся и будут выброшены в космос. Это происходит, когда водяной пар поднимается к слою верхней атмосферы под названием стратосфера, где разбивается на свои элементарные компоненты (водород и кислород) ультрафиолетовым светом звезды. Тогда слишком легкие атомы водорода могут убежать в космос. В процессе потери своих океанов таким образом, планеты переходят в так называемое «влажное парниковое» состояние из-за своей влажной стратосферы.

Для того, чтобы водяной пар поднялся в стратосферу, предыдущие модели предсказывали, что долговременные температуры поверхности должны быть большими, чем зафиксированные на Земле – более 66 градусов по Цельсию. Эти температуры укрепляют интенсивные конвективные штормы; однако, оказывается, эти штормы не являются причиной того, что вода достигает стратосферы для перехода к влажному парниковому состоянию на медленно вращающихся планетах.

«Мы обнаружили важную роль радиации, которую излучает звезда, и эффект, который она дает для атмосферной циркуляции на экзопланетах, образуя на них влажное парниковое состояние», - говорит Фудзи. Для экзопланет, движущихся вокруг своих родительских звезд, гравитация звезды может быть достаточно сильной, чтобы замедлить вращение планеты. Это может привести к полному блокированию – с одной стороны, перед звездой, вечный день, с другой стороны – вечная ночь.

Когда это случается, на дневной поверхности планеты образуются толстые облака и действуют как солнечная зонтик, чтобы защитить поверхность от большей части солнечного света. Хотя это может охладить планету и предотвратить рост водяного пара, ученые обнаружили, что количество ближнего инфракрасного излучения (NIR) от звезды может обеспечить тепло, необходимое для того, чтобы планета переходила во влажное парниковое состояние. NIR - это тип света, невидимого для человеческого глаза. Вода в виде пара в воздухе и водяных капель или кристаллов льда в облаках сильно поглощает свет NIR, подогревая воздух. Когда воздух подогревается, оно поднимается, перенося воду в стратосферу, где создается влажный парник.

Этот процесс актуален для планет вокруг звезд с малой массой, которые являются холодными и более тусклыми, чем Солнце. Чтобы быть жизнеспособными, планеты должны быть гораздо ближе к таким звездам, чем наша Земля к Солнцу. В такой близости эти планеты, вероятно, подвергаются сильным приливам от своей звезды, что заставляет их медленно вращаться. Кроме того, чем холоднее звезда, тем больше NIR она излучает. Новая модель продемонстрировала, что поскольку эти звезды излучают основную часть своего света на длинах волн NIR, влажное парниковое состояние приведет даже к условиям, сопоставимым или несколько теплым от тропиков Земли. Для экзопланет, которые ближе к своим звездам, ученые установили, что процесс, управляемый NIR, постепенно повышает влажность в стратосфере. Итак, вопреки предыдущим моделям, возможно, что экзопланеты, которые ближе к своей родительской звезде, могут оставаться жизнеспособными.

Это важное наблюдение для астрономов, ищущих населенные миры, поскольку в галактике наиболее распространены звезды с малой массой. Их численность увеличивает шансы на то, что среди них можно найти населенный мир, а их небольшой размер увеличивает шанс проявить планетарные сигналы.

Новая работа поможет астрономам в поисках планет, которые могли бы поддерживать жизнь, экранировать наиболее перспективных кандидатов. «Пока мы знаем температуру звезды, мы можем оценить, могут ли планеты, близкие к своим звездам, быть во влажном парниковому состоянии», - сказал Энтони Дель Генио из Института космических исследований Годдарда, соавтор статьи. «Текущая технология будет вытеснена до предела для выявления небольшого количества водяного пара в атмосфере экзопланет. Если есть достаточно воды для выявления, это, пожалуй, означает, что планета находится во влажном парниковом состоянии».

В этом исследовании было взято абстрактную планету с атмосферой, как на Земле, но полностью покрытую океанами. Эти предположения позволили команде четко понять, как изменение орбитального расстояния и типа излучения звезды повлияли на количество водяного пара в стратосфере. В будущем команда планирует учесть такие характеристики планеты, как сила тяжести, размер, атмосферное состав и давление на поверхность, чтобы узнать, как они влияют на циркуляцию водяного пара и их жизнеспособность.

OstanniPodii.com