В то время как научное сообщество ищет миры на орбитах близких звезд, на которых потенциально может существовать жизнь, новое исследование под руководством Юго-Западного исследовательского института показывает, что более молодые каменистые экзопланеты с большей вероятностью могут поддерживать умеренный, похожий на земной климат.
В прошлом ученые фокусировались на планетах, расположенных в пределах обитаемой зоны звезды, где не слишком жарко и не слишком холодно для существования жидкой поверхностной воды. Однако даже в пределах этой так называемой "зоны Златовласки" на планетах может развиваться климат, негостеприимный для жизни. Для поддержания умеренного климата также необходимо, чтобы планета обладала достаточным количеством тепла для обеспечения энергией углеродного цикла планетарного масштаба. Ключевым источником этой энергии является распад радиоактивных изотопов урана, тория и калия.
Этот критический источник тепла может привести в действие конвекцию мантии каменистой экзопланеты - медленное ползучее движение области между ядром и корой планеты, которая в конечном итоге извергается на поверхности. Поверхностная вулканическая дегазация является основным источником CO2 в атмосферу, что помогает поддерживать тепло на планете. Без мантийной дегазации планеты вряд ли смогут поддерживать умеренный, пригодный для жизни климат, как на Земле.
"Мы знаем, что эти радиоактивные элементы необходимы для регулирования климата, но мы не знаем, как долго эти элементы могут это делать, потому что они распадаются со временем", - сказал доктор Кайман Унтерборн, ведущий автор статьи об исследовании в Astrophysical Journal Letters. "Кроме того, радиоактивные элементы распределены по Галактике неравномерно, и по мере старения планет они могут истощаться, и дегазация прекращается. Поскольку на планетах может быть больше или меньше этих элементов, чем на Земле, мы хотели понять, как эти различия могут повлиять на то, как долго каменистые экзопланеты смогут поддерживать умеренный климат, подобный земному".
Изучение экзопланет - сложная задача. Сегодняшние технологии не позволяют измерить состав поверхности экзопланеты, а тем более ее внутренностей. Однако ученые могут измерить обилие элементов в звезде спектроскопически, изучая, как свет взаимодействует с элементами в верхних слоях звезды. Используя эти данные, ученые могут сделать вывод о том, из чего состоят орбитальные планеты звезды, используя звездный состав в качестве грубой прокси для ее планет.
"Используя звезды-хозяева для оценки количества этих элементов, которые могли бы войти в состав планет на протяжении всей истории Млечного Пути, мы рассчитали, как долго можно ожидать, что на планетах будет достаточно вулканизма для поддержания умеренного климата, прежде чем энергия иссякнет", - сказал Унтерборн. "По нашим оценкам, при самых пессимистичных условиях этот критический возраст составляет всего около 2 миллиардов лет для планет земной массы и достигает 5-6 миллиардов лет для планет большей массы при более оптимистичных условиях. Для тех нескольких планет, для которых у нас есть измеренный возраст, мы обнаружили, что лишь немногие из них достаточно молоды, чтобы мы могли с уверенностью сказать, что у них может происходить поверхностная дегазация углерода сегодня, когда мы будем наблюдать ее, скажем, с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба".
Это исследование объединило данные прямых и косвенных наблюдений с динамическими моделями, чтобы понять, какие параметры в наибольшей степени влияют на способность экзопланеты поддерживать умеренный климат. Дополнительные лабораторные эксперименты и вычислительное моделирование позволят количественно определить разумный диапазон этих параметров, особенно в эпоху космического телескопа "Джеймса Уэбба", который обеспечит более глубокую характеристику отдельных объектов. С помощью телескопа Уэбба можно будет измерить трехмерные изменения атмосфер экзопланет. Эти измерения углубят знания об атмосферных процессах и их взаимодействии с поверхностью и внутренностями планеты, что позволит ученым лучше оценить, является ли каменистая экзопланета в обитаемых зонах слишком старой, чтобы быть похожей на Землю.
"Экзопланеты без активной дегазации, скорее всего, являются холодными, снежными планетами", - сказал Унтерборн. Хотя мы не можем утверждать, что другие планеты не дегазируются сегодня, мы можем сказать, что для этого им потребуются особые условия, например, приливной нагрев или тектоника плит". К таким планетам относятся скалистые экзопланеты, обнаруженные в звездной системе TRAPPIST-1. Независимо от этого, более молодые планеты с умеренным климатом могут быть самыми простыми местами для поиска других земель".
По информации https://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=20220504150847
