На поверхностях экзопланет, окружающих наиболее распространённые звезды во Вселенной, зачастую есть океаны весьма специфической формы, уверяют исследователи из Китая.
Результаты исследований показывают, что обитаемые зоны вокруг звезд, в пределах которых могут существовать планеты, условия на которых близки к условиям на Земле, намного меньше, нежели считалось ранее.
Наиболее распространённый тип звезд во Вселенной – красный карлик. Эти звезды, известные также как звезды класса М, относительно небольшие и слабые — их масса примерно в 5 раз меньше солнечной, а яркость в 50 раз уступает яркости Солнца. Красными карликами представлено порядка 70% звезд в космическом пространстве, что делает их потенциальными кандидатами на поиски экзопланет, содержащих внеземную жизнь. Полученные космической обсерваторией NASA «Kepler» результаты указывают на то, что, по меньшей мере, половина этих звезд окружена скалистыми планетами, масса которых от 0,5 до 4 раз больше массы Земли.
Исследования, призванные установить, насколько экзопланеты пригодны для жизни, как правило, направленны на то, чтобы выяснить, если на их поверхности жидкая вода. Ведь, как известно, жизнь на Земле представлена везде, где есть жидкая вода, даже глубоко под поверхностью нашей планеты. Учёные преимущественно сосредотачивают свое внимание на обитаемых зонах, также известных как зоны Златовласки – условных областях вокруг звезд, где могут существовать планеты, температура на которых пригодна для пребывания воды в жидком виде.
Планеты, находящиеся в обитаемых зонах вокруг красных карликов, как привило, расположены довольно близко к своей родительской звезде, а расстояние между ними зачастую не превышает расстояния между Солнцем и Меркурием. Благодаря этому обнаружить такие экзопланеты астрономам не составляет труда. Орбиты экзопланет вокруг красных карликов малы, в результате чего орбитальный период довольно короткий. Именно поэтому астрономам довольно легко могут обнаружить экзопланеты, когда те затмевают свет от своей родительской звезды, проходя перед ней.
Когда орбита экзопланеты находится чрезвычайной близко к родительской звезде, гравитация красного карлика может «вынудить» экзопланету стать «приливно заблокированной». То есть к экзопланета будет обращена к звезде всегда одной и той же стороной, следовательно, планета будет иметь «дневную» и «ночную» стороны.
Неравномерное нагревание «приливно заблокированной» экзопланеты, находящейся в зоне обитания, приводит к тому, что условия на поверхности планеты будут кардинально отличаться от земных. Например, предыдущие исследование предполагали, что «ночная» сторона «приливно заблокированной» планеты становится настолько холодной, что атмосфера полностью замерзает, лишая тем самым «дневную» сторону воздуха. Однако более поздние модели атмосферной циркуляции показали, что ветра на таких планетах могут разносить тепло по всей поверхности, что позволяет избежать замерзания атмосферы на стороне, не освещаемой светом от родительской звезды.
Недавно астробиологии предположили, что «приливно заблокированные» экзопланеты вокруг красных карликов могут выглядеть как гигантские глазные яблоки. Их «ночные» стороны покрыты льдом, в то время как «дневные» содержат огромные резервуары с жидкой водой, постоянно подогреваемой излучением звезды.
Однако планетологи Yongyun Hu и Jun Yang из Peking University in Beijing отметили, что предыдущие исследования, направленные на анализ того, как могут выглядеть гигантские «приливно заблокированные» планеты, расположенные вокруг красных карликов, не рассматривали, как тепло может циркулировать в океанах таких миров.
Когда компьютерные модели учли роль, которую океанический перенос тепла играет на «приливно заблокированные» экзопланеты вокруг красных карликов, то оказалось, что нет абсолютно никакого сходства с глазным яблоком. Выяснилось, что «приливно заблокированные» экзопланеты преимущественно покрыты льдом за исключением нескольких океанов весьма специфической формы на их «дневных» сторонах.
Во время моделирования использовалась компьютерная модель, которая учитывала, как атмосферную, так и океаническую циркуляции, и то как эти два процесса влияют руг на друга на планете, вращающейся вокруг звезды, температура которой составляет порядка 5660 градусов по Фаренгейту (3125 ° С). Модель использовала те же планетарные параметры, что и у экзопланеты Gliese 581g, расположенной примерно в 20 световых годах от Земли. Скалистая экзопланета Gliese 581g примерно в 1,5 раза шире Земли. Исследователи предполагают, что на поверхности планеты находится океан, глубиной порядка 4 тысяч метров.
Из-за тепловых потоков, открытой воды на «дневных» сторонах таких экзопланет намного больше, нежели считалось ранее. Они довольно эффективно согревают и «ночные» стороны, предотвращая тем самым крах атмосферы. Если звезда достаточно яркая, или в атмосфере скапливается достаточно много парниковых газов, таких как углекислый газ, океанический тепловой поток фактически может привести к полному отсутствию льда на поверхности экзопланеты, даже на её «ночной» стороне.
По словам Hu, это первая работа, которая демонтирует, как динамический океан может изменить климат на поверхности подобных «супер-Землям» экзопланет.
Если предположить, что атмосфера «приливно заблокированной» экзопланеты содержит примерно столько же углекислого газа, что и атмосфера современной Земли, то на её «дневной» стороне будет находиться океан, окружённый со всех сторон льдом. Компьютерная модель показал, что данный океан совершенно не такой, как радужная облачка глазного яблока, а имеет весьма специфическую форму, которая чем та похожа на форму омара – два «клешни» по обе стороны от экватора и длинного «хвоста» вдоль экватора.
По словам Hu, столь специфическая форма обусловлена океаническими потоками. Он отмечает что «клешни» вызваны океаническими течениями, которые вращаются подобно циклонам, а «хвост» — это результат, так называемой, «волны Кельвина» — экваториального потока океана.
Поскольку поток устремляется на восток, он транспортирует теплую воду с «дневной» стороны на «ночную», а холодная вода, наоборот, перемещается с «ночной» на «дневную». Именно поэтому океан не является симметричным если посмотреть с востока на запад.
Хотя поток океанического тепла «приливно заблокированной» планеты, вращающейся вокруг красного карлика, указывает на то, что на их поверхности может содержаться больше открытой воды, это также может означать, что обитаемые зоны вокруг красных карликов более узкие, нежели считалось ранее.
Учёные обнаружили, что у динамического океана больше шансов вывести парниковый эффект из-под контроля. При таком сценарии планета поглощает достаточно тепла от своей родительской звезды, чтобы приводит к ускорению процессов испарения. В конечном итоге вся вода на поверхности экзопланеты испаряется, что делает её непригодной для жизни. Именно этим явлением можно объяснить аномальную «сухость» Венеры.
Исследователи считают, что из-за повышенной уязвимости к парниковому эффекту, внутренний край обитаемых зон красных карликов может быть намного дальше, нежели считалось ранее.
