Мы уже нашли тысячи и тысячи экзопланет. И космические корабли, подобные TESS, вероятно, найдут еще тысячи. Но большинство экзопланет - это газовые гиганты, расплавленные адские дыры или замороженные камни. Как мы можем найти обитаемые миры, которые могут быть там? Как сузить наш поиск?
Ну, во-первых, нам нужно найти воду. Предпочтительно океаны, поскольку именно там зародилась жизнь на Земле. И согласно новому исследованию, эти океаны должны циркулировать особым образом, чтобы поддерживать жизнь.
На Земле океаническая циркуляция играет огромную роль в климате и обитаемости. Все региональные течения Земли объединяются вместе, чтобы создать глобальную конвейерную ленту планеты (GCB), также называемую термохалинной циркуляцией. Это сложная тема, но в целом, GCB управляется ветром, соленостью, термальными различиями и батиметрией, или топографией океанского дна.
Без всей этой циркуляции климат Земли был бы совсем другим, а климат в некоторых районах умеренный только из-за этого. Например, климат Великобритании довольно умеренный для своей широты, и это благодаря течению, известному как атлантическая меридиональная опрокидывающая циркуляция (AMOC).
Более конкретно, это исследование направлено на восходящие потоки, поскольку они создают богатые питательными веществами регионы, где жизнь изобилует и концентрируется.
"Это исследование запускает процесс оценки воздействия океанической циркуляции на круговорот питательных веществ, биологическую продуктивность и, возможно, обнаруживаемость жизни на экзопланетах”.
Соавтор исследования Дориан Эббот, Чикагский университет
Новое исследование, посвященное изучению океанских течений и обитаемости, называется "Океанографические соображения для обнаружения жизни на экзопланете". Ведущий автор - Стефани Олсон, планетолог из Чикагского университета. Исследование опубликовано в Astrophysical Journal.
Мы находимся только в младенческом возрасте, пытаясь найти планеты, на которых могла бы быть жизнь. Мы не особо удивлены, обнаружив планеты вокруг каждой звезды, или почти каждой звезды. Но вся наша наука о экзопланетах создается на расстоянии нескольких световых лет, поскольку мы пытаемся контролировать температуру, атмосферу и множество других характеристик отдаленного мира. Скоро у нас появятся телескопы, способные анализировать атмосферу экзопланет и, возможно, даже получать изображения.
Но нам нужны надежные модели, чтобы помочь нам в поисках пригодных для жизни миров. Нам нужны модели и анализ, которые выходят за рамки просто климата. Это новое исследование представляет собой модель, которая, по словам авторов, может "исследовать динамику океана и результирующие океанические среды обитания на планетах, отличающихся от Земли”.
"Небольшое количество предыдущих работ по океанам экзопланет было сосредоточено главным образом на их воздействии на климат", - говорит соавтор и доцент UChicago Дориан Эббот. "Это исследование запускает процесс оценки воздействия океанической циркуляции на круговорот питательных веществ, биологическую продуктивность и, возможно, обнаруживаемость жизни на экзопланетах”.
Жизнь в океанах Земли сосредоточена в тонком верхнем слое, который получает энергию от Солнца. Там фотосинтетические организмы могут делать свое дело, вбирая атмосферный углерод, испуская кислород, размножаясь и умирая. Когда они умирают, гравитация тянет все эти мертвые организмы — и питательные вещества на дно.
“Если вы посмотрите на жизнь в наших океанах, то она в подавляющем большинстве сконцентрирована в регионах, где есть апвеллинг.”
Стефани Олсон, Чикагский университет
Чтобы жизнь процветала, все эти питательные вещества должны найти свой путь обратно в жизнеобеспечивающий, залитый солнцем регион на вершине океана. Он должен быть переработан. Восходящие потоки делают это, и мы знаем, насколько они важны на Земле. Но как насчет экзопланет?
Из исследования: "Несмотря на их важность, нам не хватает строгого понимания того, как апвеллинг океана, глубина смешанного слоя и перенос морских биосигнатур в атмосферу могут различаться среди разнообразия обитаемых экзопланет".
Все это может показаться немного непонятным. Как с расстояния десятков, сотен, возможно даже тысяч световых лет мы можем обнаружить тип восходящих потоков, которые поддерживают жизнь? Возможно, это станет возможным благодаря будущим технологиям, но пока требуется иной подход.
Это исследование указывает на то, что мы можем начать с наблюдаемых черт. Такие вещи, как размер и скорость вращения, которые могут влиять на восходящие токи апвеллинга. Как пишут авторы, "таким образом, необходимо понять чувствительность моделей океанической циркуляции к наблюдаемым планетарным параметрам…”
“Мы обнаружили, что планеты, которые вращаются медленнее, чем Земля, имеют более высокое поверхностное давление, чем Земля, и имеют более соленые океаны, чем Земля, могут испытывать более сильный всплеск. Это может привести к более активной фотосинтетической жизни, и это в конечном итоге может проявиться как более обнаруживаемая фотосинтетическая жизнь”, - говорит Олсон.
Это также означает, что не обнаружение жизни также может иметь большее значение. "Это те типы планет, которым мы должны уделять первоочередное внимание для исследований по обнаружению жизни, и это те типы планет, где, если мы не найдем жизнь, не обнаружение может быть более значимым", - говорит Олсон.
Эта линия мышления отличается от обычной. Обычно отправная точка для поиска потенциально жизнеобеспечивающих экзопланет начинается с Земли. Если найти планеты, которые во многом похожи на Землю, аналог Земли, то мы должны найти жизнь.
Но это не обязательно так.
”Это исследование мотивирует расширение нашего поиска за пределы земных аналогов и рассмотрение вопроса о том, могут ли быть планеты, которые могут подходить для жизни лучше, чем сама Земля", - говорит Олсон.
Авторы пишут: "в качестве первого шага мы используем общую циркуляционную модель (GCM) для количественной оценки чувствительности глобального апвеллинга и других биогеохимически значимых океанографических величин к широкому диапазону планетарных параметров". Их моделирование учитывает термодинамико-динамическую модель морского льда, а также универсальную схему переноса излучения.
Основой всего этого моделирования был аналог Земли во многих отношениях. Моделируемая планета имела ту же массу, радиус и гравитацию, что и Земля. Звезда планеты была подобна Солнцу, а длина дня и длина года совпадали с земной. Планета получила такое же звездное излучение, что и Земля, но их земные симулякры не имели реальной наклонности Земли и эксцентриситета, для простоты.
Модель Земли имеет примерно те же распределенные массы суши и батиметрию, что и Земля.
Плотность атмосферы соответствовала земной, но для целей модели ее состав был иным. Но в конечном счете модель планеты была похожа на Землю и пригодна для жизни.
Имея свою модель Земли в руках, команда исследователей смогла контролировать базовую циркуляцию планеты, поскольку они изменили ряд переменных. Эти переменные величины включали радиус, поверхностное давление, скорость вращения, наклонение, излучение звезд и соленость океана.
Итак, Что Же Они Нашли?
Исследование показало, что восходящие потоки увеличиваются по мере замедления скорости вращения планеты. Но увеличение апвеллинга связано только с замедлением вращения до определенной точки. После того, как продолжительность дня достигла 240 часов, моделирование фактически привело к большему снижению, по крайней мере, в некоторых областях.
Поверхностное давление планеты также влияло на восходящие потоки. Они обнаружили, что при повышении давления выше 1 атм апвеллинг также увеличивался. Воздействие ветра становится более выраженным с увеличением атмосферного давления.
Команда также смоделировала радиус планеты, хотя и не изолированно. Радиус всегда менялся вместе с массой, гравитацией и поверхностным давлением. Исследователи обнаружили, что в глобальном масштабе апвеллинг увеличивается с увеличением радиуса. Это немного сложно, хотя, как они пишут в своей статье, “... мы отмечаем, что эта тенденция устраняется, когда глобальный апвеллинг нормализуется к площади поверхности, которая увеличивается как r 2 (Рисунок 7 (a), сплошные линии). Другими словами, апвеллинг на единицу площади почти постоянен, несмотря на абсолютное увеличение глобальной суммы на более крупных планетах”.
Апвеллинг также изменился в результате различного звездного облучения. До определенного момента уменьшение облучения приводило к усилению апвеллинга.
В исследовании гораздо больше деталей, в том числе как модельная планета реагировала на изменения в наклонении и уровнях солености океана. В целом, это интересная часть работы, которая может помочь ученым в их поисках потенциально обитаемых миров. Есть много планет, и их перебор требует инструментов, подобных этому.
Гипотеза этого исследования заключается в том, "что планеты с более эффективной рециркуляцией питательных веществ через океанический апвеллинг будут лучшими местами для фотосинтетической жизни, чем планеты, где питательные вещества будут поглощены на глубине”. Это само по себе достаточно самоочевидно, учитывая то, что мы знаем о Земле.
Моделируя параметры планет, которые влияют на этот критический апвеллинг, они показали, какие типы планет могут быть более подходящими для рециркуляции питательных веществ, необходимых для жизни.
Однако с этим типом моделирования еще предстоит проделать большую работ. Как отмечают авторы, они не меняли ни массу суши, ни ее распределение, ни глубину океана, ни ряд других факторов. И не все планетарные факторы, влияющие на апвеллинг, можно наблюдать на расстоянии.
Но, как говорится в их заключении, “океаническая циркуляция контролирует распределение и активность жизни на Земле, и она модулирует связь между жизнью в океане и вышележащей атмосферой. Океаническая циркуляция в конечном счете подавляет накопление биологических продуктов в планетарных атмосферах и, таким образом, является важным фактором для насыщения кислородом нашей планеты и обнаружения жизни на экзопланетах”.
"Океаны - это действительно динамичная среда обитания, и мы только начали работать в этом направлении”, - говорит Олсон. “Я думаю, что люди продолжат работать и исследовать еще более экзотические возможности”.
Теперь нам просто нужны лучшие, более мощные телескопы, чтобы применить все это моделирование в действии.
Читайте также: Магнитный север мигрирует в сторону Сибири. Вот почему ...
Ставь лайк! Подписывайся! Делись статьей с друзьями!
