Приливные силы могут определять эволюцию экзопланет
Поиск жизни на этих экзопланетах давно перестал быть вопросом простого обнаружения планеты в «обитаемой зоне» — условном расстоянии от звезды, где вода может существовать в жидкой форме. Современная наука все глубже погружается в сложную смесь факторов, определяющих реальную пригодность мира для жизни. Одним из самых мощных и долгое время недооцененных факторов являются приливные силы, способные в корне изменить судьбу планеты. Именно этой титанической энергии и ее роли в орбитальной эволюции планет, особенно вращающихся вокруг тусклых маломассивных звезд, посвящено новое исследование международной группы ученых.
Традиционно астрономы фокусировались на стабильных, почти круговых орбитах как на идеале для возникновения жизни. Однако данное исследование бросает вызов этому упрощенному взгляду, концентрируясь на планетах с сильно вытянутыми, эксцентричными орбитами. Для своего анализа ученые выбрали три известных мира: Проксима Центавра b, GJ 3323b и TRAPPIST-1e. Эти экзопланеты объединяет то, что они обращаются вокруг звезд малой массы — красных карликов, которые значительно меньше и холоднее нашего Солнца. Их масса составляет лишь 0,12, 0,17 и 0,08 солнечной соответственно. Именно эта особенность их звезд-хозяев является ключевой: чтобы получать достаточно тепла и находиться в обитаемой зоне, планеты должны располагаться к ним чрезвычайно близко.
Этот факт хорошо иллюстрируется их большими полуосями: дистанции до их звезд составляют 0.0485, 0.0328 и 0.0282 астрономических единицы. Для сравнения, Земля находится от Солнца на расстоянии 1 а.е. Такая тесная близость сама по себе генерирует сильные приливные взаимодействия. Однако ситуация кардинально усугубляется, когда у планеты есть эксцентриситет — параметр, показывающий вытянутость орбиты. Если у Земли он минимален (0.0167), а у TRAPPIST-1e и того меньше (0.0051), то у Проксимы Центавра b и GJ 3323b он огромен — 0,35 и 0,23 соответственно. Это означает, что в течение своего года планета совершает путешествие от очень далекой точки до опасно близкого сближения со своей звездой.
Используя сложные компьютерные модели, ученые смоделировали последствия таких экстремальных орбитальных танцев. Результаты оказались впечатляющими: приливная энергия, рассеиваемая в недрах этих планет, может превосходить земные показатели на один-два порядка величины. Эта колоссальная энергия не просто слегка подталкивает планету; она активно управляет ее орбитальной эволюцией, заставляя орбиту со временем округляться или, наоборот, еще больше вытягиваться в сложном гравитационном балансе с другими факторами.
Но самое большое влияние приливные силы оказывают на саму планету. Исследование приходит к интересному выводу: на мирах с высоким эксцентриситетом и мощными приливами любая суша, находящаяся выше уровня моря, будет полностью и беспощадно размыта колоссальными океанскими приливами. В результате планета не будет иметь ни единого континента и превратится в так называемую «аквапланету» — мир-океан, если, конечно, ей удастся сохранить свои водные запасы. Эти приливы кардинально меняют все: они вызывают глубинное перемешивание океанов, усиливают циркуляцию воды и перенос тепла от экватора к полюсам, что в корне меняет климат и потенциальные условия для жизни.
Это явление, хоть и в экстремальных масштабах, не является уникальным для далеких систем. В нашей Солнечной системе мы видим его поразительные последствия. Спутник Юпитера Ио, разогреваемый и растягиваемый приливными силами гигантской планеты, является самым вулканически активным телом в системе. Другая луна, Европа, благодаря приливному нагреву скрывает под ледяной корой глобальный океан жидкой воды — главную цель для поисков внеземной жизни.
Таким образом, данное исследование расширяет наше понимание обитаемости далеко за рамки простого «не слишком жарко и не слишком холодно». Оно показывает, что сама динамика системы звезда-планета, определяемая гравитацией и приливами, является архитектором мира. Она может создать подледный океан, как на Европе, или стереть с лица планеты все континенты, превратив ее в водный шар.