Вчені змоделювали кліматичні умови на Gliese 581 d і виявили, що на її поверхні цілком може існувати вода в рідкому стані

Французькі вчені змоделювали кліматичні умови на «суперземле» (экзопланете, маса якої становить від 2 до 10 земних) Gliese 581 d і виявили, що на її поверхні цілком може існувати вода в рідкому стані. Червоний карлик Gliese 581, навколо якого обертаються планети відносно малої маси, стає все більш популярним об’єктом досліджень. Найцікавішим елементом його планетної системи називають «суперземлю» Gliese 581 g, виявлену восени минулого року. Вона рухається по орбіті, незначно відрізняється від кругової, з великою піввіссю в 0,146 а. е. і робить один оборот за 36,6 дня. Таке розташування можна вважати дуже вдалим, оскільки Gliese 581 g потрапляє в населену зону своєї зірки.

На жаль, відкриття Gliese 581 g залишається непідтвердженою. Частина фахівців припускає, що сигнал, відповідний цієї экзопланете, був артефактом обробки даних.

Велика (її мінімальна маса оцінюється в 5,6–7,1 земної) «суперземля» Gliese 581 d знаходиться на більшій відстані від червоного карлика, переміщаючись по орбіті з великою піввіссю в 0,22 а. тобто Крім того, її орбітальна рух, ймовірно, синхронізоване з обертанням навколо осі, а це може означати, що на одній стороні планети встановлюється вічна ніч. З цих причин ймовірність існування води в рідкому стані на Gliese 581 d вважалася вкрай низькою; тим не менше вчені вже намагалися моделювати її клімат, показавши, що щільна атмосфера повинна давати помітний парниковий ефект.

Автори нової роботи виконали детальний розрахунок параметрів атмосфери Gliese 581 d, використавши модель, яка представляла газову оболонку в трьох вимірах. За основний компонент атмосфери був прийнятий вуглекислий газ. Щоб оцінити вплив води на клімат, французи розібрали два абсолютно різних випадки: у першому «кам’яниста» планета була повністю позбавлена води, а в другому варіанті її поверхню, навпаки, розглядалася як нескінченний джерело H2O.

При моделюванні величину атмосферного тиску встановлювали дорівнює 5, 10, 20 або 30 бар (1 бар = 0,987 фізичної атмосфери). Співвідношення тривалості дня і року також могло змінюватися, беручи значення 1:1 (тут один оборот навколо Gliese 581 за часом відповідає одному обігу планети навколо осі, що і призводить до появи «нічний» і «денний» сторін), 1:2 (два оберти навколо осі за рік) і 1:10.

Розрахункова температура (позначена кольором в Кельвінах) на поверхні «кам’янистої» Gliese 581 d з СО2-атмосферою тиском у 20 бар. У верхній частині показано результати для резонансу виду 1:1, середньої — 1:2, в нижній — 1:10. (Ілюстрація з Astrophysical Journal Letters.)

Як з’ясувалося, на «кам’янистої» планеті при тисках нижче 10 бар атмосфера нестабільна, і гази починають конденсуватися на «нічний» бік Gliese 581 d і (або) її полюсах. У випадку більш щільних атмосфер горизонтальний перенос тепла і парникове нагрівання набувають потрібну ефективність, забезпечуючи стабільність газової оболонки і дозволяючи температурі на поверхні підніматися вище 0 C.

Якщо ж поверхня Gliese 581 d покривалася H2O, водяний пар, який з’являвся в атмосфері, що сприяло нагріванню, а формувалися хмари, навпаки, трохи охолоджували планету, підвищуючи її альбедо (характеристику відбивної здатності). При тиску 10 бар і нижче переважав ефект охолодження, а зі збільшенням тиску до 20 бар середня температура на поверхні перевищила результат, отриманий для «кам’янистої» планети. Дати надійну оцінку параметрів атмосфери в проміжку, що розділяє ці значення, автори не змогли.

Вчені також розглянули можливість утворення локальних жилих ділянок на вкритій льодом Gliese 581 d з виділеними «денний» і «нічний» сторонами. Виявилося, що «денна» сторона стає теплою тільки в умовах розрідженої атмосфери, не забезпечує ефективний перенос тепла; при цьому температура в «нічний» частини опускається до рівня, на якому не може існувати навіть азотна атмосфера. Крижана планета з розрідженою і підживлюваної шляхом сублімації H2O-атмосферою може підтримувати температуру на «денній» стороні, що перевищує 0 C, але низький атмосферний тиск перешкоджало б появі рідкої води, яка, можливо, зберігалася тільки в невеликих подповерностных областях. Очевидно, згадані вище варіанти щільних стабільних атмосфер дають більше шансів на те, що Gliese 581 d підходить для розвитку життя.

Крім змодельованих CO2 і H2O, в атмосфері планети може міститися невелика кількість додаткових парникових газів начебто метану або сірчистого газу, які ще збільшать температуру. З іншого боку, Gliese 581 d могла придбати щільну воднево-гелієву оболонку або зовсім втратити атмосферу на початку своєї еволюції зірки, коли та виявила підвищену активність. У двох останніх варіантах ймовірність існування води в рідкому стані на поверхні Gliese 581 d зводиться до нуля, хоча на деяких інших планетах воднево-гелієва атмосфера поєднується з умовами населеності.

Варто зауважити, що Gliese 581 d розташована поряд із Землею-на відстані близько 20 світлових років від неї. Якщо характеристики телескопів будуть стабільно поліпшуватися, астрономи невдовзі отримають можливість порівняти передбачення теоретиків з результатами спектроскопічних спостережень.

Повна версія звіту буде опублікована в журналі Astrophysical Journal Letters; препринт статті можна завантажити з сайту arXiv.

Підготовлено за матеріалами Національного центру наукових досліджень Франції.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *