Засушливый предел: ученые выяснили, сколько воды нужно планете, чтобы не превратиться в Венеру

Исследователи из Вашингтонского университета под руководством Хаскелле Уайт-Джанеллы и Джошуа Криссанена-Тоттона обнаружили, что большинство засушливых планет в обитаемых зонах своих звезд не могут поддерживать жизнь из-за нарушения геологического углеродного цикла. Согласно выводам, опубликованным в журнале The Planetary Science Journal, для стабильного климата планете размером с Землю необходимо не менее 20–50% от объема земных океанов, иначе неконтролируемое потепление сделает ее непригодной для обитания.

Новое исследование наносит серьезный удар по надеждам на быстрое обнаружение жизни на многочисленных экзопланетах, вращающихся в так называемых обитаемых зонах. Ученые сосредоточились на планетах с крайне ограниченным количеством воды на поверхности – гораздо меньшим, чем один земной океан. Используя сложные компьютерные симуляции, они показали, что даже планеты, изначально расположенные на оптимальном расстоянии от своей звезды, могут стать безжизненными пустынями, если их водный резервуар окажется ниже критического порога.

Ключевым фактором, определяющим обитаемость, выступает геологический углеродный цикл. Этот процесс, полностью зависящий от воды, работает как природный термостат на протяжении миллионов лет. Вулканы выбрасывают в атмосферу углекислый газ, который затем связывается дождевой водой. Осадки выветривают горные породы, и углерод вместе со стоком попадает в океаны, где опускается на дно.

Благодаря тектонике плит богатые углеродом породы уходят в недра планеты, а затем вновь поднимаются на поверхность в результате вулканической активности, завершая цикл. Если воды слишком мало, осадки становятся редкими, выветривание пород не успевает поглощать накапливающийся углекислый газ, и его концентрация в атмосфере стремительно растет. Это приводит к мощному парниковому эффекту, испарению остатков поверхностной воды и неконтролируемому потеплению, которое делает планету слишком горячей для любой известной жизни.

Предыдущие модели углеродного цикла были ориентированы на более холодные и влажные миры, похожие на Землю, и не учитывали многих факторов, таких как влияние ветра на испарение. Команда ученых адаптировала эти модели для засушливых условий, уточнив оценки осадков и потери влаги.

Результаты оказались неутешительными для поклонников научной фантастики: планеты с недостаточным количеством воды неизбежно проходят точку невозврата, переходя из потенциально обитаемого состояния в непригодное. Ученые подсчитали, что для стабильной работы углеродного цикла планете земного типа необходимо иметь минимум от 20 до 50 процентов от объема воды, содержащегося в океанах Земли.

Ярким примером такого сценария по соседству с нами является Венера. Эта планета, примерно такого же размера и возраста, как Земля, вероятно, изначально обладала сопоставимым количеством воды. Однако, находясь ближе к Солнцу, Венера, возможно, сформировалась с несколько меньшим водным резервом, что нарушило ее геологический углеродный цикл.

Результатом стал чудовищный парниковый эффект, температура поверхности, достигающая 470 градусов, и колоссальное давление в боле чем 90 атмосфер. По словам Хаскелле Уайт-Джанеллы, стоять на поверхности Венеры было бы все равно, что оказаться под тяжестью десяти синих китов. Будущие миссии к Венере помогут проверить выводы модели, поскольку эта планета служит ближайшим и наиболее доступным аналогом для изучения засушливых экзопланет.

Таким образом, ученые пришли к выводу, что большинство засушливых планет в обитаемых зонах, несмотря на их многочисленность, с высокой вероятностью являются безжизненными пустынями из-за сбоя в углеродном цикле. Это исследование потенциально существенно сужает круг поисков жизни во Вселенной, позволяя астрономам сосредоточить ограниченные наблюдательные ресурсы на планетах с достаточным количеством воды, но также служит предупреждением о том, как легко даже потенциально обитаемый мир может потерять свою пригодность навсегда.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях