Застывшие планеты
Вращение планеты или другого небесного тела вокруг оси прекращается из-за гравитационного воздействия их притягивающего центра. В англоязычной литературе их так и называют – tidally-locked planets (планеты, удерживаемые приливными силами). В Солнечной системе нет такой планеты, но хорошим примером служит Луна. Планеты, застывшие на своих орбитах без вращения вокруг оси имеют ярко выраженную разницу климата на двух сторонах. Наличие атмосферы может сгладить это различие за счет циркуляции теплого воздуха между нагреваемой звездой и темной, холодной стороной. Тем не менее, застывшие планеты скорее всего отличаются слишком сильными вариациями климата для существования жизни.
Явление застывания планеты зависит от масс ее и звезды, а также от расстояния между ними. В случае звезд спектрального класса М, которые немного меньше Солнца, зона приливной остановки пересекается с зоной обитания.
Согласно новому исследованию, опубликованному в декабрьском номере Астрофизического журнала, сильное нагревание планеты с одной стороны может сильно повлиять на ее климат, вызывая серьезные и даже неравномерные колебания погоды. Эти колебания могут сделать планету, которая в противном случае была бы обитаемой, чрезвычайно неприветливой для жизни.
Погодка так себе
Если камни и различные минералы находятся на открытом воздухе, они реагируют с газами атмосферы. По мере эрозии камней все новые его слои вступают во взаимодействие, что позволяет и дальше изменять состав атмосферы. Если эрозия камней находится в равновесии с другими процессами, например, поступлением новых газов во время извержений вулканов, то климат остается стабильным.
Авторы назвали весь процесс дестабилизации климата планеты из-за отсутствия вращения подзвездной климатической нестабильностью (substellar weathering instability). Увеличение температуры одной стороны планеты по сравнению с вращающимся небесным телом приводит к ускорению испарения воды (если она на планете есть, а мы говорим о планетах в зоне обитания). Это, в свою очередь, вызывает более обильные дожди.
«Чем больше дождя, тем больше эрозии», – говорит один из авторов Эдвин Кит из Университета Беркли.
Усиление дождей приводит к более быстрому эродированию камней, в результате они активнее взаимодействуют с атмосферой и «высасывают» из нее газы.
Если же температура подзвездной части падает, этот процесс замедляется. Меньше свежих минералов может реагировать с газами, и атмосфера планеты обогащается газами. Вулканизм начинает играть важную роль. На Земле извержения вулканов выбрасывают в атмосферу парниковые азы, которые постепенно поглощаются камнями. Но в случае нарушения равновесия парниковые газы могут начать скапливаться, и когда подзвездная сторона опять начнет нагреваться, этот процесс усугубиться парниковыми газами в атмосфере.
На Земле диоксид углерода, скапливающийся в атмосфере, реагирует с силикатом кальция, результатом реакции являются карбонат кальция и диоксид кремния. Это позволяет удалять из атмосферы углекислый газ, сдерживая парниковый эффект.
Выветривание регулирует климат нашей планеты на больших временных интервалах и позволяет избежать слишком высоких или низких температур. Аналогичные процессы происходят и на других планетах, но перекос климатических условий может вызвать перекос процесса выветривания, усиливая саму причину, и так далее.
Это может лишить планету в обитаемой зоне возможности поддержания жизни. Это уже случилось с Венерой в нашей системе. Слишком плотный облачный покров на этой планете привел к повышению температуры поверхности, в результате чего вся вода испарилась.
Или же климат может быть то нормальным, то слишком теплым или холодным. Такие колебания еще хуже для жизни, так как к медленному изменению к худшему живые организмы могут приспособиться, а к резким колебаниям – нет.
Для эволюции желателен стабильный климат, или хотя бы медленно меняющийся. На Земле жизнь достигла настоящего уровня сложности отнюдь не быстро, и все это время условия были благоприятны для жизни.
Редкость катастрофических изменений
Насколько много планет имеют проблему с приливными силами их звезды?
Для звезд спектрального класса М можно ожидать большого количества остановившихся планет в зонах обитания. Тем не менее, планета может избежать катастрофических колебаний климата, даже если она все время обращена к звезде одной стороной.
А первую очередь, ближайший к солнцу регион не должен быть под водой. Очевидно, для выветривания нужна твердая поверхность, богатая минералами. Затем, даже если звезда нагревает твердую поверхность, это может иметь терпимые последствия. Если газ, поглощаемый в процессе выветривания, не превалирует в атмосфере, то уменьшение его концентрации или даже полное исчезновение может быть незаметно. К примеру, если бы Земля остановила свое вращение, с ней не случилось бы ничего страшного. В процессе выветривания поглощается углекислый газ, но основу атмосферы составляет азот.
Аналогичные результаты верны для планет с сильными суточными колебаниями температур. По мнению Кита, этот процесс может объяснить отсутствие атмосферы у Марса. Имея очень сильные колебания температур между днем и ночью, красная планета могла быть подвержена активному выветриванию, внесшему свой вклад в исчезновение атмосферы.
Тем не менее, в отношении Марса это лишь предположение, а в отношении остановившихся планет нельзя с уверенностью сказать, что у них есть проблемы с колебаниями климата. Так что только наблюдения могут дать ответ о потенциальной обитаемости планеты.
По материалам
