|
Атмосферы на ранней стадии развития Земли и экзопланет
|
|
|
|
Когда энергия Солнца достигает Земли, часть солнечной радиации поглощается атмосферой, что приводит к химическим реакциям, таким как образование озона и распад молекул газа. Новый подход к моделированию этих реакций, разработанный группой ученых из университета Пенсильвании, может улучшить наше понимание атмосферы ранней Земли и помочь в поиске пригодных для жизни условий на планетах за пределами нашей Солнечной системы.
|
|
|
|
Исследователи сообщили в журнале JGR Atmospheres, что использование статистического метода под названием correlated-k может улучшить существующие фотохимические модели, используемые для понимания условий на ранней Земле.
|
|
|
|
По словам ученых, этот подход может помочь ученым лучше понять состав атмосферы ранней Земли и сыграет важную роль по мере того, как в ближайшие десятилетия будут подключены новые обсерватории, которые смогут предоставить новые данные об атмосфере экзопланет.
|
|
|
|
"Один из способов поиска потенциальной жизни в космосе - это поиск биосигналов", - сказал Джим Кастинг, почетный профессор наук о земле Университета Эвана Пью в Пенсильвании и соавтор исследования. "Для обнаружения этого нам нужен какой-нибудь телескоп, который бы давал нам спектры атмосферы. И тогда фотохимическая модель, подобная нашей, может помочь рассчитать химическое состояние атмосферы и, возможно, обнаружить биосигналы. И этот расчет очень важен для поиска жизни в космосе".
|
|
|
|
|
|
|
Многие модели, используемые для расчета атмосферы ранней Земли и землеподобных экзопланет, основаны на одномерной (1D) фотохимической модели, разработанной в университете Пенсильвании, объяснил Аошуан Цзи, который получил докторскую степень в области наук о земле в университете Пенсильвании и проводил это исследование в университете. Эта трехмерная фотохимическая модель имитирует химический состав атмосферы в виде одной вертикальной колонки.
|
|
|
|
"Мы считаем важным, что мы внесли это усовершенствование в нашу фотохимическую модель, чтобы это могло помочь улучшить другие исследования и будущие исследования атмосферы ранней Земли, а также экзопланет, похожих на Землю", - сказал Джи.
|
|
|
|
По словам исследователей, ультрафиолетовое излучение солнца играет важную роль в образовании озона в нашей атмосфере. Поскольку молекулы кислорода, состоящие из двух атомов кислорода, поглощают излучение, они могут распадаться на свободные атомы кислорода. Затем эти атомы могут соединяться с другими молекулами кислорода (O2), образуя озон (O3). Этот процесс также защищает другие газы в атмосфере от поглощения излучения и распада.
|
|
|
|
Но это поглощение трудно смоделировать из-за его сложной структуры на определенных длинах волн, называемых полосами Шумана-Рунге (SR).
|
|
|
|
"Хорошие модели поглощения SR в современной атмосфере уже существуют, но не все из них могут быть пригодны для использования в атмосферах с низким содержанием O2, таких как ранняя Земля", - сказал Джи, который в настоящее время является научным сотрудником НАСА в Калифорнийском университете в Риверсайде.
|
|
|
|
Например, по словам исследователей, текущая версия климатической модели сообщества Whole Atmosphere, разработанной Национальным центром атмосферных исследований, хорошо справляется с моделированием поглощения ультрафиолетового излучения в нынешней атмосфере Земли. Но при этом не учитывается рассеяние — или то, как частицы в атмосфере отклоняют или перенаправляют поступающее солнечное излучение, — что становится важным при низком содержании кислорода в атмосфере.
|
|
|
|
По словам ученых, одномерная модель Penn State, разработанная Kasting, включает рассеяние, но основана на устаревшей модели зон и не учитывает зависимость температуры от химических реакций при низком содержании кислорода.
|
|
|
|
Команда ученых обратилась к методу корреляции-k, который широко используется в других климатических моделях для точной группировки различных длин волн солнечной энергии. По словам ученых, использование метода корреляции-k в их одномерной фотохимической модели повысило точность для всех уровней кислорода и температурных профилей.
|
|
|
|
"Это помогает упростить проблему, группируя длины волн в диапазоны и предполагая, что в пределах каждого диапазона поглощающие свойства атмосферы коррелируют предсказуемым образом", - сказал Джи. "Это обеспечивает баланс — он требует меньших вычислительных затрат, чем некоторые другие методы, но при этом обеспечивает хорошее приближение к тому, как поглощается и рассеивается излучение".
|
|
|
|
Источник
|
