Хмари врятували потенційно населені екзопланети від перегріву

Безліч чинників визначають те, чи будуть на планеті відповідні умови для появи життя, яким ми його знаємо. І ось вчені знову розширили зону потенційної населеності — за рахунок хмар.

Населена зона — умовна область навколо зірки, в якій на поверхні планети може бути рідка вода. Зона залежить від активності зірки, а також особливостей поверхні та клімату планети. Межі цього «поясу» зазвичай передбачають якісь екстремальні кліматичні умови, за яких на поверхні планети все ж може зберігатися рідка вода. Зовнішню межу зазвичай розраховують як зону, де планета зі щільною атмосферою з вуглекислого газу буде все ще досить теплою, щоб мати рідкий океан, а внутрішню — як зону, де відбивна здатність водяної пари в атмосфері здатна запобігти надмірному перегріву екзопланети і закипанню її океанів.

На жаль, наші можливості зі спостереження за екзопланетами сильно залежать від відстані тіла до його зірки: що ближче, то складніше розрізнити параметри потенційно населеного світу. Ще складніше «розшифрувати» ці спостереження, тому що такі планети дуже різноманітні, не всі вони — аналоги Венери і Землі.

Щоб підготуватися до аналізу даних від сучасних обсерваторій і майбутніх телескопів нового покоління, вчені моделюють ці потенційно населені планети. Автори нового дослідження сфокусували увагу на тих тілах, які знаходяться поблизу внутрішньої межі населеної зони.

Минулі дослідження показали, що за наявності океану атмосфера на таких планетах стає насиченою водяною парою, шляхом якої і розвивається «вологий парниковий ефект». У довгостроковій перспективі ці планети не здатні підтримувати населені умови, і все ж вони досить стабільні, щоб на поверхні довго зберігалася рідка вода.

Вважалося, що після насичення атмосфери водою неминуче відбувається вибуховий парниковий ефект. У цьому сценарії водяна пара досягає стратосфери (на Землі практично сухої), де потрапляє під дію ультрафіолетового випромінювання. Від цього молекули Н2О розпадаються на кисень і водень, причому останній швидко залишає планету. Це, на думку вчених, призводить до втрати нею рідкої води та швидкої втрати життєздатності. Але розрахунки за допомогою тривимірних кліматичних моделей показали, що ця пара, навпаки, може захистити планету від подібного розвитку подій.

Проблема в тому, що відбивна здатність хмар — непростий процес, який залежить від безлічі факторів, до того ж точність таких розрахунків може кардинально змінити результати і висновки. У прагненні підвищити точність розрахунків, автори нового дослідження доповнили одновимірну модель, що описує відбивну здатність хмар, складнішою мікрофізикою їхнього внутрішнього устрою. Роботу викладено на сайті препринтів arXiv.

За допомогою нової моделі дослідники змогли вперше точно розрахувати внутрішню межу населеної зони для зірок головної послідовності, враховуючи фізику хмар. Виявилося, межа найбільше залежить від чотирьох параметрів: випромінювання зірки, радіусу планети, щільності хмар і опадів.

Так, за достатньої хмарності внутрішня межа населеної зони для систем на кшталт Сонце — Земля зсувається з орбіти Землі до орбіти між Меркурієм і Венерою. А то й ще ближче до зірки, якщо «підкрутити» параметри хмар і опадів. Виходить, населені планети на кшталт Землі можуть бути в 3,3 раза ближче до зірки, а суперземлі — в 4,7 раза ближче, ніж вважали раніше.

Дослідники продовжать удосконалювати моделі, поки телескопи на кшталт «Джеймса Вебба» збирають дані спостережень. Нагадаємо, нещодавно інша група вчених довела, що потужності цього космічного телескопа достатньо для пошуку інопланетних морів на деяких екзопланетах. Причому для виявлення рідкої води потрібно набагато менше спостережень, ніж заявляли дослідники.