На то, насколько благоприятными для возникновения жизни, какой мы ее знаем, будут условия на планете, влияет целый ряд факторов. Недавно ученые увеличили область потенциальной обитаемости, включив в нее облака.
Обитаемая зона – это условное пространство вокруг звезды, где на поверхности планеты потенциально может существовать жидкая вода. Эта зона определяется активностью звезды, а также характеристиками поверхности и климатическими условиями планеты. Обычно границы этого «пояса» подразумевают наличие экстремальных климатических условий, при которых на поверхности планеты все же может поддерживаться жидкая вода. Внешнюю границу обычно вычисляют как область, где планета с плотной атмосферой, состоящей из углекислого газа, остается достаточно теплой для поддержания жидкого океана, а внутреннюю – как зону, где отражательная способность водяного пара в атмосфере может предотвратить перегрев экзопланеты и закипание ее океанов.
Наблюдение за экзопланетами затруднено расстоянием до их звезды: чем ближе планета, тем труднее определить характеристики потенциально обитаемого мира. Разъяснение этих наблюдений представляет собой сложную задачу, поскольку экзопланеты весьма разнообразны и не всегда являются подобиями Венеры и Земли.
В преддверии обработки данных, поступающих с современных обсерваторий и перспективных телескопов нового поколения, исследователи создают модели потенциально обитаемых планет. В новом исследовании особое внимание уделено планетам, расположенным вблизи внутренней границы обитаемой зоны.
Предыдущие исследования указывают на то, что наличие океана приводит к насыщению атмосферы водяным паром, вызывающим так называемый «влажный парниковый эффект». В отдалённой перспективе такие планеты не могут обладать пригодными для жизни условиями, однако они достаточно устойчивы, чтобы на их поверхности продолжительное время сохранялась жидкая вода.
Изначально предполагалось, что насыщение атмосферы водой неизбежно спровоцирует взрывной парниковый эффект. Согласно этой гипотезе, водяной пар достигает стратосферы (на Земле практически не содержащей влаги), где подвергается воздействию ультрафиолетового излучения. В результате этого молекулы H2O распадаются на кислород и водород, причем последний быстро покидает планету. Это, как полагают исследователи, приводит к потере ею жидкой воды и стремительной утрате условий, пригодных для жизни. Однако, проведенные расчеты с использованием трехмерных климатических моделей продемонстрировали, что этот пар, напротив, способен уберечь планету от такого сценария.
Сложность определения отражающей способности облаков заключается в ее зависимости от множества факторов, поскольку даже незначительные изменения в точности расчетов могут существенно повлиять на итог и сделанные заключения. Для повышения точности авторы нового исследования усовершенствовали существующую одномерную модель, описывающую отражающую способность облаков, добавив в нее более детальное описание микрофизических процессов, происходящих внутри них. Работа выложена на сайте препринтов arXiv.
Благодаря новой модели ученым удалось впервые с высокой точностью определить внутреннюю границу пригодной для жизни зоны вокруг звезд главной последовательности, принимая во внимание физические процессы, происходящие в облаках. Выяснилось, что ее положение в первую очередь определяется четырьмя факторами: излучением звезды, размером планеты, плотностью облаков и уровнем осадков.
При значительной облачности внутренний предел обитаемой зоны для планетных систем, подобных Солнце — Земля, перемещается с орбиты Земли до орбиты, находящейся между Меркурием и Венерой. В некоторых случаях этот предел может быть смещен еще ближе к звезде, путем изменения параметров облаков и количества осадков. В результате, потенциально пригодные для жизни планеты, подобные Земле, могут располагаться в 3,3 раза ближе к своей звезде, а суперземли — в 4,7 раза ближе, чем предполагалось ранее.
Улучшение моделей будет продолжаться по мере поступления данных с телескопов, таких как «Джеймс Уэбб». Недавно другая группа ученых доказала, по оценкам специалистов, возможностей этого космического телескопа вполне достаточно для поиска инопланетных морей на отдельных экзопланетах. Для выявления жидкой воды потребуется значительно меньше наблюдений, чем утверждали ученые.