Многочисленные предположения жителей Земли по поводу пригодности планеты для жизни могут быть ошибочными. Если мы найдём планету размером с Землю вокруг звезды, которая находится за пределами «обитаемой зоны», мы не должны пока списывать её со счетов, - сказал Пол М. Саттер — астрофизик из Университета штата Нью-Йорк в Стоуни-Брук и Институте Флэтайрон, ведущий программ «Спросите космонавта» и «Космического радио», а также автор книги «Как умереть в космосе».
Все киноманы помнят Хот, тот завораживающий покрытый льдом мир из части «Империя наносит ответный удар»? Хотя некоторые существа в этом мире влачили жалкое существование на поверхности планеты, это было довольно печальное место — и обычно считалось непригодным для жизни, потому что вся вода в этом мире полностью замёрзла.
По мере того, как мы продолжаем открывать тысячи планет, вращающихся вокруг других звезд, и особенно по мере того, как мы сужаем поиск планет, похожих на Землю, мы могли бы задать вопрос:
насколько распространены эти покрытые льдом планеты и могут ли они быть пригодными для жизни? Как обычно, ответ таков: всё относительно.
Фото: 3dnews.ru
Количество воды на планете сильно влияет на то, насколько легко она может превратиться в ледяной шар, согласно новому моделированию, выполненному международным сотрудничеством астрофизиков. Для такой планеты, как Земля, достаточно всего лишь 8-процентного уменьшения количества солнечного света, чтобы она полностью замёрзла. Но более сухие планеты соответственно и более надёжны, они раздвигают границы обитаемости за наши нынешние пределы и расширяют возможности поиска жизни в другом мире.
Земляне понятия не имеют, насколько распространены планеты, похожие на Землю, особенно с примерно таким же процентом воды, покрывающей поверхность.
Насколько особенна наша планета? Нам придётся подождать несколько десятилетий и провести ещё много исследований экзопланет, чтобы получить чёткие ответы на подобные вопросы. Тем временем мы можем использовать компьютерное моделирование, чтобы исследовать, как различные виды планет могут вести себя и развиваться в своих домашних системах.
Но планеты сложны, и температура этих планет зависит от многих факторов. Очевидно, что количество солнечного света, которое они получают, очень важно. Но такова же и отражательная способность планеты, потому что излучение, которое просто отражается от поверхности и уходит в космос, не способствует потеплению. То же самое относится и к количеству влаги в атмосфере, которое обеспечивает парниковый эффект, который может значительно нагреть планету (как мы сейчас наблюдаем на Земле из-за деятельности человека).
Фото: bbc.com
Возьмём, к примеру, наземные планеты, на поверхности которых имеется лишь небольшое количество воды в жидком состоянии. Если бы вы взяли наземную планету точно такого же размера, как Земля, и поместили бы её на орбиту Земли вокруг Солнца, она была бы холоднее, чем наша планета, потому что в атмосфере было бы намного меньше водяного пара, и поэтому её парниковые способности были бы уменьшены. Однако при пониженном уровне солнечного света на суше на самом деле было бы теплее, потому что на её поверхности было бы меньше облаков и меньше снега. Это сделало бы планету менее отражающей и способной лучше улавливать этот сочный солнечный свет, чтобы согреться.
С Обитаемой Земли на Хот
Доведя этот мыслительный процесс до крайности, международная группа астрономов тщательно изучила эволюцию наземных планет, изменяя заданное количество солнечного света, получаемого этими планетами. Неудивительно, что они обнаружили, что когда вы слишком сильно охлаждаете планету, она замерзает. Но они также обнаружили, что наземные планеты могут намного пережить своих земноподобных водных собратьев, сообщили учёные в статье, опубликованной в базе данных препринтов arXiv в ноябре.
Предполагается, что проблема в воде: когда планета немного остывает, часть её жидкой воды превращается в лёд. Поскольку лёд отражает больше света, чем вода в жидком состоянии, этот небольшой дополнительный лёд отражает немного больше солнечного света, не позволяя этому солнечному свету продолжать нагревать планету. Таким образом, планета остывает немного больше, образуется немного больше льда, и отражательная способность увеличивается.
При повторении этого простого процесса человечество получит обратный безудержный парниковый эффект, называемый безудержным оледенением — по сути, планета превращается в гигантский неудержимый снежный ком, как объяснили учёные.
Фото: bbc.com
Предыдущие работы уже показали, что в случае с Землёй, если количество получаемого нами солнечного света упадёт всего на восемь процентов и жители планеты сохранят текущий уровень углекислого газа в атмосфере, этого будет достаточно, чтобы запустить этот катастрофический цикл.
Фактически, это явление «Земля-снежок», возможно, уже случалось один или два раза в геологической истории нашей планеты.
Но сухопутные планеты могут избежать этого сценария дольше, чем водные планеты, просто потому, что им не хватает воды, чтобы покрыть большую часть их поверхности.
Исследователи обнаружили в ходе моделирования, что наземные планеты с таким же количеством углекислого газа могут выдержать звезду с яркостью всего 77% от солнечной.
Бесконечные грани обитаемости
Такая логика работает и в обратную сторону. Водяной пар является ключевым парниковым газом, поэтому, если увеличить солнечное тепло, планета, подобная Земле, превратится во что-то вроде Венеры: она нагреется, выпустив больше воды в атмосферу, которая удержит больше тепла и, в свою очередь, выпустит больше воды — и так далее, пока не возникнет безудержный парниковый эффект.
Действительно, наша планета в конечном счёте обречена на такую судьбу: через несколько сотен миллионов лет Солнце будет достаточно ярким и горячим, чтобы запустить этот сценарий. Поскольку сухопутным планетам не хватает значительного количества влаги, в их атмосфере всегда будет меньше водяного пара. Если увеличить нагрев, то… ничего такого особенного не будет происходить.
В самом деле, исследователи могут поместить наземную планету вокруг звезды, которая излучает на 80% больше тепла, чем яркое Солнце, и всё будет в порядке, как показали симуляции, полученные в новых исследованиях учёных. Этот результат сильно меняет наши представления о том, что делает планету пригодной для жизни.
Пригодная для жизни зона вокруг звезды — это предполагаемая область, в которой на поверхности может существовать жидкая вода, то есть она не слишком холодная, чтобы замёрзнуть, и не слишком горячая, чтобы испаряться.
Но более ранние оценки обитаемой зоны предполагают состав, подобный Земле, с таким же количеством воды на их поверхности, как и Земля. Однако наземные планеты намного выносливее Земли. Они поддерживают жидкую воду как ближе, так и дальше от своей звезды, чем предполагают обычные расчёты обитаемости. Прохождение такого процесса означает, что если мы найдём планету размером с Землю, которая находится за пределами традиционной обитаемой зоны, мы не должны пока списывать её со счетов.