Галактика заполнена потенциально обитаемыми планетами, и телескопы следующего поколения готовятся к сканированию атмосфер этих инопланетных миров в поисках намеков на благоприятные для жизни условия. Но в какой-то момент команда ученых использовала компьютерное моделирование, чтобы выяснить, что может убить некоторые из этих многообещающих планет, и результаты показывают, что не каждый дуновение жизни будет безошибочным ударом.
Связанный контент
- Таинственный марсианский «Цветная капуста» может стать последним намеком на инопланетную жизнь
- НАСА представляет гигантский ледяной куб с колесами для изучения чужеродных океанов
Ученые в Германии начали с модели подобного Земле мира, полностью покрытого океанами. Затем команда использовала глобальные климатические модели, чтобы увидеть, что происходит, когда количество углекислого газа в воздухе возрастает.
Моделирование показало, что в определенный момент климат планеты становится нестабильным и переходит в состояние, называемое влажной теплицей, с температурой выше 134 градусов по Фаренгейту.
Как обезвоженный человек в паровой бане, одно из последствий этого душного состояния - потеря воды. Для начала, тепло вызывает изменения в слоях атмосферы, которые позволяют водяному пару смешиваться выше. Это означает, что больше ультрафиолетового света от Солнца может поразить молекулы воды, разбивая их на водород и кислород. Атомы кислорода рекомбинируют, а водород уходит в космос.
«В этот момент вы будете в состоянии, когда вы начнете быстро терять воду», - говорит руководитель исследования Макс Попп из Института метеорологии им. Макса Планка.
Через несколько миллионов лет вся вода на планете испарится, сообщает команда на этой неделе в Nature Communications . Если бы водный мир начинался с атмосферы, подобной земной, - в основном азот с меньшим количеством кислорода и следовых газов - конечным результатом был бы сухой мир с в основном азотной атмосферой.
Исследование предполагает, что нахождение воды - или даже кислорода - в атмосфере обширной планеты не обязательно означает, что она гостеприимна для жизни. Например, планета во влажном тепличном состоянии может генерировать много кислорода при распаде водяного пара, а не из-за каких-либо живых существ, производящих газ, говорит Джеймс Кастинг, профессор планетарных наук в Университете штата Пенсильвания, который просматривал статью для публикации.
Модель также показала, что CO2 - действительно эффективный парниковый газ, больше, чем предполагали многие ученые, говорит Попп. Как только планета войдет во влажную теплицу, вернуться будет трудно. Даже сокращение концентрации CO2 пополам не охладит планету, когда наступят жаркие условия.
Причина в облаках. Ученые думали, что водяной пар будет сохранять тепло более эффективно, чем CO2, но облака изменяют эту ситуацию и позволяют CO2 быть лучшим улавливателем тепла.
Хотя все это звучит ужасно в эпоху повышения уровня CO2 на Земле, Попп подчеркивает, что это моделирование не относится к нашей планете. Начальная глобальная средняя температура, используемая для этого исследования, была на 10, 8 градусов по Фаренгейту выше, чем Земля сегодня. Чтобы достичь этой температуры, вам нужно увеличить концентрацию углекислого газа примерно в четыре раза выше, чем сейчас, возможно, больше.
Моделирование также не было сделано с действительно реалистичной планетой. Идеализированная модель предполагает, что эта планета находится на совершенно круговой орбите, что она находится на том же расстоянии, что Земля находится от Солнца, и что она вращается примерно с той же скоростью, но не наклонена вокруг своей оси. Исследователи предположили, что здесь нет океанских течений, континентов и ледяных шапок, а их глобальный океан имеет глубину всего 164 фута.
Отчасти это связано с необходимостью вычислительной мощности, а также с тем, чтобы команда могла более четко видеть динамику и обратную связь. Кастинг говорит, что они включали в себя влияние облаков и давление водяного пара в воздухе, и они рассматривали воду как основную составляющую атмосферы.
Работа дает некоторое представление о сестринской планете Земли, Венере, которая началась примерно с того же сырья, но рано потеряла воду. Одно из ключевых отличий заключается в том, что ранняя Венера была, вероятно, даже более горячей, чем их виртуальный стартовый мир. «У Венеры было солнечное излучение на 35 или 40 процентов выше, чем у Земли», - говорит Попп. Планета могла бы быть влажной оранжереей, но недолго, говорит он, и, возможно, никогда не было океанов.
Кастинг соглашается, добавляя, что за последнее десятилетие или около того консенсус утвердился вокруг теории, что Венера все еще была покрыта в значительной степени расплавленной поверхностью, когда планета начала терять свою воду.
По словам Кастинга, одна вещь, которую делает это исследование, заключается в том, чтобы помочь определить внутренний край обитаемой зоны, область вокруг звезды, где планета должна быть способна содержать жидкую воду на своей поверхности. Подобные симуляции помогают определить, какую большую роль может играть состав атмосферы, и показать, какие возможности есть.
"Вы идете прямо в безудержную оранжерею или попадаете во влажную оранжерею?" он говорит. Прямое изображение экзопланет - то, что все еще находится в будущем для миров размером с Землю - может однажды помочь ответить на этот вопрос с помощью точных данных о парных качествах реальной планеты.
