Как прахът може да направи някои екзопланети по-обитаеми

Три многоцветни глобуса на черен фон, всеки с много малки стрелки за посока на вятъра.

Три компютърни симулации, изобразяващи как въздушният прах може да бъде разпределен от ветровете върху скалисти екзопланети като Земята. Изображение чрез Денис Сергеев/ University of Exeter/ScienceAlert.


Какво прави една планета обитаема? Различни фактори могат да повлияят на способността на планетата да поддържа живот, като температура, количество вода, състав както на планетата, така и на нейната атмосфера и количеството радиация от звездата домакин. Миналия месец изследователи от Обединеното кралствоказахте са открили, че общ компонент на атмосферата - прах - може да увеличиобитаемостна някои екзопланети.

Theрецензиран от партньорирезултатите бяхапубликуванивПриродни комуникациина 9 юни 2020г.


Това е важно откритие, тъй като предполага, че планетите с много прах в атмосферата си биха могли да имат обитаеми условия по-далеч от звездите си, отколкото се смяташе преди. Това на практика би разширилообитаема зона, което по същество е районът около звезда, където температурите на скала могат да позволят съществуването на течна вода.

Изследователи от Университета в Ексетър, Met Office и Университета на Източна Англия (UEA) участваха в новото проучване.

Различни цветни кръгове и бели квадратчета със стрелки и текстови пояснения на тъмносин фон.

Ефекти на праха върху климата на планетите. За приливно заключена планета (a) и планета без прилив и отлив (b), панели a–d показват основното състояние на планетите, e–h показват късо- (звездно) и дълговълново (инфрачервено) принуждаване (промяна в баланса на повърхностната енергия), въведена от прах и i–j, показват резултантния ефект от насилването върху температурата на повърхността. Сините стрелки показват движението на планетата около звездата, а зелените стрелки показват въртенето на планетата спрямо звездата. Изображение чрез Boutle et al./Природни комуникации.

От хартията:




Идентифицирането на обитаеми планети извън нашата слънчева система е ключова цел на настоящите и бъдещите космически мисии. Но обитаемостта зависи не само от звездното излъчване, но и от съставните части на планетарната атмосфера. Тук за първи път показваме, че радиационно активният минерален прах ще окаже значително влияние върху обитаемостта на подобни на Земята екзопланети.

В нашата собствена слънчева система Марс обикновено идва на ум, когато мислим за прашен свят, но въпреки това той остава студена и суха планета на повърхността поради много тънката си атмосфера. Но за някои екзопланети, особено тези, които саприливно заключенза техните звезди може да е различна ситуация.Иън Бутъл, както от Met Office, така и от Университета в Ексетър и водещ автор на изследването, се казва в aизявление:

На Земята и Марс прашните бури имат както охлаждащи, така и затоплящи ефекти върху повърхността, като ефектът на охлаждане обикновено побеждава. Но тези планети в „синхронизирана орбита“ са много различни. Тук тъмните страни на тези планети са във вечна нощ и ефектът на затопляне побеждава, докато през деня ефектът на охлаждане побеждава. Ефектът е намаляване на температурните крайности, като по този начин планетата става по-обитаема.

Факторът прах е особено важен за планетите, обикалящи в орбитачервено джуджезвезди, най-често срещаният тип звезди в нашата галактика. Много планети около тези звезди е вероятно да са заключени приливно и да се въртят в орбита с едната страна на планетата, винаги обърната към звездата, точно както Луната винаги държи едната страна обърната към Земята. Тези планети ще имат едната страна винаги на дневна светлина, а другата винаги в тъмнина. Ако има много прах, това може да помогне за охлаждане на по-горещата дневна страна и затопляне на по-студената нощна страна.


Облачна розова планета с далечно червено слънце и звезди на заден план.

Концепцията на художника за облачна и скалиста екзопланета, обикаляща около звезда червено джудже. Прахът в атмосферите на планети като тази може да смекчи температурните екстремни стойности, ако планетите са приливно заключени, което помага да се направят по-обитаеми. Изображение чрез L. Hustak/ J. Olmsted (STScI)/НАСА.

При интересен сценарий прахът може да помогне на горещите планети да запазят повърхностната си вода, ако има такава. Планета, която е наистина гореща, като Венера, може да бъде охладена от достатъчно прах в атмосферата. След това количеството прах ще се увеличи, тъй като водата започне да се губи на повърхността на планетата, което, по ирония на съдбата, в процес, нареченотрицателна обратна връзка с климата, тогава ще забави загубата на вода. От хартията:

На планетите с прилив и отлив прахът охлажда дневната страна и затопля нощната страна, като значително разширява обитаемата зона. Независимо от орбиталната конфигурация, ние предполагаме, че въздушният прах може да отложи загубата на планетарна вода във вътрешния край на обитаемата зона чрез обратна връзка, включваща намаляване на океанското покритие и повишено натоварване с прах.

Количеството енергия, което планетата получава от своята звезда, е важна част от оценката на обитаемостта, но тъй катоМанодж Джошиот UEAотбеляза, съставът на атмосферата, включително праха, също е много важен:


Въздушният прах е нещо, което може да поддържа планетите обитаеми, но също така закрива способността ни да откриваме признаци на живот на тези планети. Тези ефекти трябва да бъдат взети предвид при бъдещи изследвания.

Изследователите извършиха серия от симулации на скалисти планети с размер на Земята и откриха, че естествено срещащият се минерален прах може да окаже голямо влияние върху обитаемостта на такива планети.

Орбитален изглед на кафеникав терен отляво и вдигащи се облачни шарки отдясно.

Марс е много прашно място и огромните прашни бури са често срещани, но прахът не затопля много планетата, тъй като атмосферата е толкова тънка. Изображение чрез SA/ Roscosmos/ CaSSIS/ CC BY-SA 3.0 IGO/Нов учен.

Дънкан Листър, който проведе бакалавърски експеримент като част от цялостното проучване (и сега изгражда свои собствени дъски за сърф), същоказах:

Вълнуващо е да видя как резултатите от практическото изследване през последната ми година на обучение се изплащат. Работех по завладяващ проект за симулация на атмосфера на екзопланета и имах късмета да бъда част от група, която можеше да го изведе до нивото на изследвания от световна класа.

Изследователите също така посочват, че прахът в атмосферата на планетата трябва да се вземе предвид, когато се търси възможнобиомаркерив тази атмосфера. Тези биомаркери биха могли да включват газове като кислород, метан и озон и ако имаше достатъчно прах, прахът би могъл да помрачи откриването им, произвеждайки фалшиво отрицателен резултат. Ако потенциалните биомаркери бяха пропуснати по този начин, планетата може погрешно да бъде характеризирана като необитаема. Такива биомаркери, които ще се търсят с предстоящи космически телескопи като космическия телескоп Джеймс Уеб (JWST) и други, ще бъде решаващ аспект от търсенето на доказателства за живот извън нашата слънчева система. Идентифицирането им вече е предизвикателство поради екстремните разстояния до тези светове, така че познаването на количеството прах в планетарната атмосфера също ще бъде важно. От хартията:

Включването на прах значително затъмнява ключови газове биомаркери (например озон, метан) в симулирани спектри на предаване, което предполага важно влияние върху интерпретацията на наблюденията. Ние демонстрираме, че бъдещите наблюдателни и теоретични изследвания на земни екзопланети трябва да вземат предвид ефекта на праха.

Усмихнат мъж в костюм и вратовръзка.

Ian Boutle от Met Office и University of Exeter, водещ автор на новото изследване. Изображение чрезGoogle Наука.

Нейтън Мейнот Университета в Ексетър, който помогна за изследването, също отбеляза как астрофизика като цяло ще играе голяма роля. Тойказах:

Изследвания като това са възможни само чрез пресичане на дисциплини и комбиниране на отличното разбиране и техники, разработени за изучаване на климата на нашата собствена планета, с авангардна астрофизика. Възможността за включване на студенти по физика в този и други проекти също предоставя отлична възможност за тези, които учат при нас, директно да развият уменията, необходими в такива технически и съвместни проекти. Със съоръжения за промяна на играта като JWST иE-ELT, който ще стане достъпен в близко бъдеще и ще осигури огромен скок напред в изучаването на екзопланети, сега е чудесно време за изучаване на физика!

Новата оценка по отношение на екзопланетарния прах ще бъде много полезна за учените, които ще търсят биомаркери и други доказателства за обитаеми екзосветове, както и ще изучават как прахът може да повлияе на климата и околната среда на планетата като цяло.

В крайна сметка: Атмосферният прах може да увеличи обитаемостта на някои екзопланети.

Източник: Минералният прах увеличава обитаемостта на земните планети, но обърква откриването на биомаркери

Чрез университета в Ексетър