Более молодые экзопланеты являются лучшими кандидатами при поиске внеземной жизни
В то время как научное сообщество ищет миры, вращающиеся вокруг ближайших звезд, в которых потенциально может быть жизнь, новое исследование, проведенное Юго-Западным исследовательским институтом, предполагает, что более молодые каменистые экзопланеты с большей вероятностью будут поддерживать умеренный климат, похожий на земной.
Сегодня ученые в основном сосредоточились на изучении планет, расположенных в обитаемой зоне звезды, где не слишком жарко и не слишком холодно для существования жидкой поверхностной воды. Однако даже в пределах этой так называемой «зоны Златовласки» на планетах может развиваться климат, неблагоприятный для жизни.
Для поддержания умеренного климата помимо всего прочего также требуется, чтобы на планете было достаточно тепла для обеспечения углеродного цикла планетарного масштаба. Ключевым источником этой энергии является распад радиоактивных изотопов урана, тория и калия.
Этот критический источник тепла может питать конвекцию каменистой мантии экзопланеты, медленное ползущее движение области между ядром планеты и корой, которая в конечном итоге плавится на поверхности. Поверхностная вулканическая дегазация является основным источником CO2 в атмосферу, который помогает сохранять тепло на планете. Без дегазации мантии планеты вряд ли смогут поддерживать умеренный, пригодный для жизни климат, подобный земному.
«Мы знаем, что эти радиоактивные элементы необходимы для регулирования климата, но мы не знаем, как долго эти элементы могут это делать, потому что они распадаются со временем», — говорят ученые.
«Кроме того, радиоактивные элементы распределены неравномерно по всей Галактике, и по мере старения планет у них может закончиться тепло, и дегазация прекратится. Поскольку планеты могут содержать больше или меньше этих элементов, чем Земля, мы хотели понять, как это изменение может повлиять на то, как долго скалистые экзопланеты могут поддерживать умеренный, похожий на Земной климат».
Изучение экзопланет — сложная задача. Современные технологии не могут измерить состав поверхности экзопланеты, не говоря уже о ее внутренней части. Однако ученые могут измерить содержание элементов в звезде спектроскопически, изучая, как свет взаимодействует с элементами в верхних слоях звезды.
Используя эти данные, ученые могут сделать вывод о том, из чего состоят планеты, вращающиеся вокруг звезды, используя звездный состав в качестве приблизительного показателя для ее планет.
«Используя звезды-хозяева для оценки количества элементов, которые попали бы в планеты на протяжении всей истории Млечного Пути, мы рассчитали, как долго мы можем ожидать, что планеты будут иметь достаточно вулканизма, чтобы поддерживать умеренный климат, прежде чем закончится энергия», — говорят ученые.
«При самых пессимистичных условиях мы оцениваем, что этот критический возраст составляет всего около 2 миллиардов лет для планеты с массой Земли и достигает 5-6 миллиардов лет для планет с большей массой при более оптимистичных условиях. Для тех немногих планет, для которых у нас определен возраст, мы обнаружили, что лишь немногие были достаточно молоды, чтобы мы могли с уверенностью сказать, что сегодня на их поверхности может происходить дегазация углерода, и мы могли бы наблюдать это, скажем, с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба».
Это исследование объединило прямые и косвенные данные наблюдений с динамическими моделями, чтобы понять, какие параметры больше всего влияют на способность экзопланеты поддерживать умеренный климат.
Дополнительные лабораторные эксперименты и компьютерное моделирование дадут количественную оценку разумного диапазона этих параметров, особенно в эпоху космического телескопа Джеймса Уэбба, который обеспечит более глубокое описание отдельных целей.
С помощью телескопа Уэбба можно будет измерить трехмерное изменение атмосфер экзопланет. Эти измерения углубят знания об атмосферных процессах и их взаимодействии с поверхностью и недрами планеты, что позволит ученым лучше оценить, не слишком ли стара каменистая экзопланета в обитаемой зоне, чтобы быть похожей на Землю.
«Экзопланеты без активной дегазации, скорее всего, будут холодными планетами-снежками», — говорят исследователи. «Хотя мы не можем сказать, что другие планеты сегодня не дегазируются, мы можем сказать, что для этого им потребуются особые условия, такие как приливное нагревание или тектоника плит. Это включает в себя известные скалистые экзопланеты, обнаруженные в звездной системе TRAPPIST-1. Несмотря на это, более молодые планеты с умеренным климатом могут быть самыми простыми местами для поиска других Земель».
Исследование было опубликовано в Astrophysical Journal Letters.