|
Кометы принесли с собой сложные органические молекулы
|
|
|
|
Количество комет, попадавших на Землю, было неоднозначным. На ранних этапах истории Земли, во время хаотического зарождения Солнечной системы, они, вероятно, были источником воды на нашей планете, составляя в конечном итоге около 0,02% массы планеты. (Марс и Венера получили аналогичную долю).
|
|
|
|
Кометы принесли с собой сложные органические молекулы и биосферу, но позже представляли угрозу для нее в результате столкновений с кометами. Комета (или астероид), вероятно, стала причиной Тунгусского землетрясения в 1908 году в России, а фрагмент кометы, вероятно, спровоцировал быстрое изменение климата более молодых дриасов 12 800 лет назад, повлекшее за собой массовое вымирание.
|
|
|
|
Если такие столкновения происходят здесь, они, вероятно, происходят и в других солнечных системах. В настоящее время трое ученых из Соединенного Королевства смоделировали последствия столкновения ледяной кометы с похожей на Землю планетой земного типа, закрытой приливами. Такие объекты являются главными кандидатами для поиска пригодных для жизни экзопланет за пределами нашей Солнечной системы.
|
|
|
|
Они обнаружили, что даже относительно небольшие столкновения с кометами могут существенно нарушить климат земной планеты, закрытой приливно-отливными системами, а также обеспечить кислородом атмосферу и стать источником образования океанов экзопланеты. На самом деле, мы, возможно, даже сможем наблюдать их с помощью современных космических телескопов.
|
|
|
|
|
|
|
На самом деле, экзопланеты, которые всегда обращены к своей звезде одной и той же стороной, могут сталкиваться с кометами чаще, чем Земля. Это связано с тем, что многие из них вращаются в обитаемой зоне M-карликов, области, расположенной довольно близко к этим холодным звездам.
|
|
|
|
На таких малых орбитальных расстояниях орбитальные скорости экзопланет были бы выше, чем у Земли (второй закон Кеплера), и это, в сочетании с эффектом фокусировки звезд на кометных вторжениях, привело бы к более высокой скорости столкновения.
|
|
|
|
Например, в планетной системе TRAPPIST-1, расположенной примерно в 40 световых годах от Земли, есть холодная красная звезда-карлик M ("красный карлик") с семью известными экзопланетами, все они находятся на очень круговых орбитальных расстояниях от 0,01 до 0,06 астрономических единиц, с периодами обращения от 1,5 до 19 дней. Три или четыре из этих экзопланет могут находиться в обитаемой зоне звезды, где на поверхности экзопланеты может существовать жидкая вода.
|
|
|
|
M-карлики - наиболее распространенный тип звезд в галактике Млечный Путь, на который приходится около 75% всех звезд. Такая близость к M-карликам может также влиять на динамику и химический состав атмосферы экзопланеты, что, в свою очередь, влияет на реакцию атмосферы на столкновения с кометами.
|
|
|
|
Эти экзопланеты, находящиеся на близком расстоянии, могут претерпевать значительный обмен угловыми моментами со своей звездой за счет приливных моментов. Именно эти типы экзопланет Сейнсбери-Мартинес и двое его коллег сосредоточили свое внимание на исследовании.
|
|
|
|
Чтобы изучить влияние единичного столкновения с кометой, группа объединила модель столкновения с кометой 2024 года, созданную Сейнсбери-Мартинесом и его коллегой, с общей климатической моделью, которая ранее использовалась для изучения динамики атмосферы и химического состава экзопланет, аналогичных Земле, и экзопланет, подверженных приливам.
|
|
|
|
Модель столкновения с кометой включала физику динамики распада кометы и термическую абляцию (плавление) ее поверхности. Они предположили, что комета радиусом 2,5 км, состоящая из чистого водяного льда, движется перпендикулярно поверхности экзопланеты, доставляя воду и тепловую энергию в атмосферу экзопланеты TRAPPIST-1e, подобную земной, что представляет значительный интерес для поиска пригодной для жизни экзопланеты, подобной Земле. (Масса такой кометы составляла бы около 65 гигатонн, что составляет чуть более трети массы Эвереста.)
|
|
|
|
По мере того, как комета входит в атмосферу, плотность атмосферы увеличивается, но вместе с этим увеличивается и атмосферное сопротивление и нагрузка на комету, усиливая термическую абляцию (таяние и испарение).
|
|
|
|
В конце концов, это давление превышает предел прочности кометы на разрыв, и она начинает разрушаться. Этот процесс может быть очень сложным, но известно, что для воспроизведения мест распада, например, кометы Шумейкера-Леви 9, которая столкнулась с Юпитером в 1994 году, достаточно рассмотреть только распад, вызванный движением Тарана.
|
|
|
|
Была использована экспоненциально затухающая функция, гарантирующая, что весь материал кометы и ее кинетическая энергия распадутся в атмосфере еще до того, как она достигнет поверхности.
|
|
|
|
Запустив сопряженные модели, группа обнаружила, что потребовалось около 20 лет, чтобы атмосфера в модели вернулась к приблизительному стабильному состоянию. Падение кометы изменило содержание воды в атмосфере, и большая часть воды стала поступать при давлении, превышающем 10 Паскалей (Па) (приземное давление на Земле составляет 101 000 Па).
|
|
|
|
После месяца моделирования давление ниже 100 Па увеличилось на несколько порядков. Находясь во внешней атмосфере, поверхность практически не реагировала на приток воды, главным образом из-за экспоненциально растущего атмосферного давления вблизи поверхности. После столкновения наблюдалось самое продолжительное повышение содержания атмосферной воды в средних слоях атмосферы за более чем 15 лет.
|
|
|
|
"Даже относительно небольшое столкновение с кометой может существенно повлиять на климат планеты земного типа, - сказал Сейнсбери-Мартинес, - причем изменения будут достаточно сильными, чтобы мы могли наблюдать их с помощью космических телескопов, таких как современный космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST)". или обсерватория будущих обитаемых миров (HWO)."
|
|
|
|
В своей последующей статье он рассматривает аналогичное столкновение с планетой, похожей на Землю - масса TRAPPIST-1e составляет всего 70% массы Земли, — которая не подвержена приливным воздействиям.
|
|
|
|
Он ожидает, что отличия от существующей модели, обусловленные различиями в циркуляции/ветрах, будут значительными из—за горизонтального переноса вокруг планеты в атмосфере, в то время как различия, обусловленные различиями в циркуляции/ветрах, значительны, поскольку горизонтальный перенос играет более важную роль в перемешивании.
|
|
|
|
Источник
|
