Головна / Всесвіт / Невеликим планет-океанам пообіцяли довге життя в зоні

Невеликим планет-океанам пообіцяли довге життя в зоні

Маломасивні екзопланети (масою менше Марса), повністю покриті водою, всупереч очікуванням, не відчувають безконтрольний парниковий ефект і можуть залишатися в зоні населеності протягом мільярдів років. Результати моделювання спрямовані на публікацію в The Astrophysical Journal, препринт можна прочитати на arXiv.org.

Астрономи вважають можливим існування великої кількості маломасивних екзопланет, які мають, попри малу гравітацію, великі запаси води, і при цьому перебувають у зоні населеності своєї зірки. Одним з джерел тіл такого роду можуть бути екзомісяці планет-гігантів в інших системах, за межами Сонячної. Зі спостережень відомо, що найчастіше планети-гіганти мігрують ближче до своїх зірок. У Сонячній системі великі планети мають безліч супутників, причому багато з них значною мірою складаються з водяного льоду.

Передбачається, що в результаті міграції екзопланети-господаря деякі з цих супутників неминуче будуть втрачені і перетворяться в маломасивні самостійні планети (окремі дослідники пропонують називати їх плунетами). При цьому з-за великої кількості води в їх складі вони виявляться покриті глибокими океанами. Сьогодні головним критерієм потенційної населеності небесних тіл вважається існування на їх поверхні рідкої води.

Поки залишається неясним, чи можуть маломасивні тіла, близькі до своєї зірки, утримувати свою атмосферу і океани тривалий час, незважаючи на слабку гравітацію. Для маломасивних тіл це може бути непросто з-за так званого безконтрольного парникового ефекту. Його відмінність від звичайного парникового ефекту полягає в тому, що нагрівання атмосфери так сильне, що призводить до потрапляння водяних парів в стратосферу (на Землі стратосфера по суті безводна, водяні пари не можуть її досягти в силу низьких температур у верхній тропосфері). У стратосфері водяні пари під дією ультрафіолетового випромінювання розпадаються на більш легкі водень і кисень, причому перший швидко покидає тіла з помірною гравітацією. У близьких до зірок, планет, може статися нагрівання до температури, коли всі океани википлять, зробивши небесне тіло непридатним для життя земного типу.

Дослідники з Гарвардського університету і Массачусетського технологічного інституту на чолі з Костянтином Арншейдтом (Constantin Arnscheidt) спробували встановити, можливе довготривале існування атмосфери і, відповідно, рідкої води на поверхні таких тіл. Для цього вони взяли сценарій наявності у маломассивного тіла велику кількість води (40 відсотків за масою) і атмосфери, яка цілком складається з водяної пари (варіант, легше всього піддається безконтрольному парниковому ефекту). Потім вчені підрахували, як буде змінюватися площа тієї частини атмосфери, що поглинає випромінювання світила, і площа тієї частини газової оболонки, що перенаправляє в космос в інфрачервоному діапазоні.

Для маломасивних і багатих водою тіл з-за їх низької гравітації атмосфера в зоні населеності буде простягатися помітно вище, ніж для тіл з великою силою тяжіння. При цьому вже самі верхні шари атмосфери будуть первипромінювати в космос інфрачервоне випромінювання, прохолоджуючи планету. А от ефективне поглинання короткохвильового випромінювання від зірки буде проходити в нижніх шарах атмосфери. Фактично, маломассивне тіло буде вкрите охолоджувальним його (за рахунок перевипромінювання в космос) газовим міхуром великого розміру (тобто «розпухлими» верхніми шарами атмосфери). За розрахунками авторів, для температур поверхні планети між 273 і 440 кельвін (приблизно від нуля до +167 за Цельсієм) безконтрольний парниковий ефект спостерігатися не буде зовсім. Тобто планети-океани масою від 0,1 до земної, як мінімум, 0,03 земної цілком зможуть залишатися жилими протягом часу від мільярда до більш ніж ста мільярдів років.

Консервативна ширина жилої зони для них, згідно з розрахунками дослідників, складе 0,08 астрономічної одиниці для планетних систем у жовтих карликів (наприклад Сонячної системи), і 0,008 астрономічної одиниці для планетних систем у червоних карликів. Дослідники відзначають, що це саме консервативна оцінка — при наявності на таких тілах геохімічних циклів (наприклад, вуглецевого), що стабілізують клімат, ширина жилої зони для них буде набагато більше. І навпаки, помітна кількість вуглекислого газу в атмосфері без ефективного вуглецевого циклу (як на Венері зараз) може призвести до звуження такої жилої зони. Автори відзначають, що описані ними світи, в силу наявності протяжної атмосфери, можуть мати радіус понад 0,3-0,4 земної. Це лежить в рамках спостережних можливостей космічних телескопів, наприклад, «Кеплера», який недавно вийшов з ладу, або майбутніх космічних телескопів. Таким чином, їх висновки про можливість тривалого існування рідкої води і атмосфери у маломасивних тіл у зоні населеності можна буде перевірити спостереженнями.