Как проводится моделирование обитаемых зон экзопланет?

Жизни на Земле повезло, что пригодная для нее зона вокруг Солнца является стационарной и неподвижной, обеспечивающей ее постоянным источником излучения

0

Планета, вращающаяся в «обитаемой зоне » своей родительской звезды, имеет потенциал для существования на своей поверхности жидкой воды – важного ингредиента для возникновения и поддержания жизни. Но что, если планета находится в пригодной для жизни зоне только часть времени? Может ли там процветать жизнь?

Жизни на Земле повезло, что пригодная для нее зона вокруг Солнца является стационарной и неподвижной, обеспечивающей ее постоянным источником излучения. Но такая ситуация существует далеко не в каждой звездной системе. Физик Тобиас Мюллер и астрофизик Надер Хагигипур написали компьютерную программу, демонстрирующую, как положение и форма обитаемых зон могут быстро изменяться в двух- и трехзвездных системах , которые считаются чрезвычайно распространенными во Вселенной.

Программа, которую они называют «калькулятор HZ», создает анимации, иллюстрирующие, как обитаемая зона искажается и эволюционирует для моделируемой звездной системы.

На своем веб-сайте  ученые создали и разместили программу (и сделали ее доступными для других исследователей), представляющую собой анимацию модели звездной системы.

Трехзвездная система KIC 4150611 имеет своеобразную орбиту, которая создает быстро меняющуюся «обитаемую зону» (темно-зеленая). Черные точки – звезды.

Авторы: Tobias Müller / Nader Haghighipour / HZ Calculator

Анимация показывает три звезды со сложными орбитами – две из них (K1 и K2) близки друг к другу, совершая один оборот вокруг общего центра масс менее чем за два земных дня. Третья звезда (А) вращается на удалении от них, затрачивая на один оборот вокруг пары порядка нескольких месяцев. Орбита звезды A не круговая, поэтому ее расстояние до K1 и K2 меняется. Когда три звезды приближаются друг к другу, они образуют единую зону обитания. Но поскольку они разбегаются, эта зона разделяется на две отдельные зоны. (В вышеприведенном видеоролике темно-зеленая зона является жилой зоной, а светло-зеленые зоны показывают места, где, по мнению ученых, есть возможность обитания, но она также будет зависеть от других факторов, в том числе от характера атмосферы планеты).

 Обитаемая зона тройной звездной системы KID 5653126. Черные точки – звезды, а темно-зеленый область – обитаемая зона.

Источник: Tobias Müller / Nader Haghighipour / HZ Calculator

В другом интересном сценарии, в звездной системе KID 5653126, орбита звездной пары тесно связана друг с другом и создает в основном устойчивую зону обитания. Третья звезда вращается вокруг пары и беспорядочно блуждает по обитаемой зоне – и это потенциально катастрофическое событие для любых планет, которые могут там находиться.

Вымышленная планета Татуин из Вселенной «Звездных войн» находится на орбите двух солнц. Это место – суровая пустыня, но, предположительно, она погибла после того, как жизнь на ней эволюционировала. Ученые доказали, что планеты вокруг систем с двумя звездами существуют во Вселенной, и что они даже могут поддерживать жизнь. Но как такие орбиты вокруг двойных звезд влияют на температуру на планете?

Калькулятор HZ дает некоторое представление об этом вопросе. В реальной звездной системе Kepler 453 есть две звезды, одна из которых примерно в пять раз больше, чем другая. Это означает, что меньшая звезда практически вращается вокруг большей (в отличие от двух звезд, вращающихся вокруг точки в пространстве между ними). По крайней мере одна планета, как установлено, вращается вокруг обеих звезд, но движение меньшей звезды означает, что количество излучения, достигающего планеты, регулярно изменяется.

Орбита двух звезд в системе Кеплер 453 вызывает смещение окружающей обитаемой зоны. Белая точка показывает потенциальную планету в системе, на которую могут влиять изменяющиеся уровни излучения.

Авторы: Tobias Müller / Nader Haghighipour / HZ Calculator

В анимации, созданной калькулятором HZ, положение планеты в обитаемой зоне является иллюстрацией того, сколько радиации получает планета от ее родительских звезд. В течение года планета дрейфует от середины обитаемой зоны (темно-зеленой области) к самому внутреннему краю этой зоны (светло-зеленой области), где температура может быть слишком горячей для поддержания жидкой воды на поверхности планеты.

Такая ситуация привела бы к большим сезонным колебаниям температуры на поверхности планеты, утверждает Элизабет Таскер, адъюнкт профессора по науке о Солнечной системе Японского аэрокосмического агентства (JAXA).

«Если имеются экстремальные времена года, вызванные эксцентрической орбитой, можем ли мы говорить о наличии жизни? Сможет ли жизнь выжить при таких условиях? Конечно, мы пока этого не знаем, но перспективы не совсем уж и плохи».

Тастер сообщила, что ученые, изучающие экзопланеты предположили, что планеты, которые дрейфуют по внутреннему краю обитаемой зоны, могут испытывать экстремально отличающиеся друг от друга времена года, но все же потенциально могут удерживать жидкую воду во время таких колебаний. Возможно, на вымышленной планете Татуин, тетя и дядя Люка Скайуокера страдают от обилия воды во время прохладных сезонов и живут за счет ее сбора в более суровые периоды, вызванные движением двух солнц.

Также не исключено, что жизненные формы на планете впадают в спячку или анабиоз в суровые жаркие или холодные периоды. Если это так, земным ученым может быть трудно их обнаружить.

Такая информация может стать актуальной когда ученые приступят к поискам признаков обитаемости чужих миров. Имея тысячи планет на выбор, куда устремятся их взгляды? Калькулятор HZ и является одним из инструментов, который смогут использовать исследователи, что бы сократить список планет, подлежащих первоочередным исследованиям.

Мюллер, профессор математики и информатики в Университете Гронингена в Германии, заявил что калькулятор HZ полезен для иллюстрации того, что пригодные для жизни зоны не являются статичными, что может быть трудно понять без визуального помощника.

На этой иллюстрации показана «обитаемая зона» солнца Земли. Земля лежит внутри обитаемой зоны, а Венера и Марс лежат прямо за ней, в регионе, где определенные условия могут сделать возможной жидкую воду.
На этой иллюстрации показана «обитаемая зона» Земли. Венера и Марс вне обитаемой зоны, в области, где лишь определенные условия могут позволить существовать жидкой воде на поверхности.

Источник: НАСА

Планета, которая находится в «обитаемой зоне» звезды, совсем не обязательно пригодна для жизни. Однако она получает достаточное излучение от своей родительской звезды (или звезд), для того, что бы температура на ее поверхности была подходящей для существования жидкой воды на ее поверхности, неотъемлемого ингредиента для возникновения и существования жизни. Слишком много тепла и – жидкая вода испарится; слишком мало тепла – и вода замерзнет.

Обитаемая зона является хорошим отправным местом для поиска живых миров, но планеты в этой области вокруг звезд могут быть очень часто непригодными для жизни.

Чтобы планета имела жидкую воду на своей поверхности, она должна иметь эту поверхность, а это значит, что она должна быть скалистой, как Земля, а не газовым гигантом, подобным Юпитеру или Сатурну. Планета также должна обладать атмосферой, но эта атмосфера должна быть умеренной. Атмосфера Венеры заставляет поверхность планеты слишком сильно нагреваться, для того чтобы вода оставалась жидкостью, но, возможно, это не всегда было так. Ученые считают, что многие планеты мигрируют через свою систему, поэтому они могут выйти из зоны обитания, убивая любую жизнь, которая могла возникнуть на них. Большинство звезд испытывают изменения в мощности излучения в начале своей эволюции, что может иметь такой же эффект.

 

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Комментировать

Войти с помощью: 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: