|
Моделирование формирования обитаемых экзопланет
|
|
|
|
Астрофизик из Флоридского технологического института Говард Чен предлагает новые идеи, которые помогут НАСА в поисках жизни за пределами Земли. Его последняя теоретическая работа посвящена исследованию планетной системы TRAPPIST-1, одной из наиболее широко изученных экзопланетных систем в галактике. Она привлекла внимание ученых из-за того, что на ее планетах может быть вода, а следовательно, и жизнь. Теперь он предлагает объяснение того, почему телескопы до сих пор не обнаружили окончательных признаков ни того, ни другого.
|
|
|
|
Статья "Родился сухим или мокрым? Палитра историй роста воды в аналогах TRAPPIST-1 и компактных планетных системах" была написана доцентом космических наук Ченом и исследователями из НАСА, Университета Джона Хопкинса и Гарвардского университета. Исследование, опубликованное в сентябре в Astrophysical Journal Letters, исследует вероятность того, что три самые внутренние экзопланеты TRAPPIST-1 не содержали воды при формировании, несмотря на то, что они существовали в зоне, где вода жизнеспособна.
|
|
|
|
TRAPPIST-1 - это красный карлик, расположенный на расстоянии около 40 световых лет от нас. (Один световой год равен примерно 6 триллионам миль) Считается, что ему около 7,6 миллиардов лет, или на 3 миллиарда лет больше, чем нашему солнцу.
|
|
|
|
|
|
|
Астрономы восхищены системой TRAPPIST-1, потому что семь известных планет в ней скалистые и похожи на Землю. Они также находятся в обитаемой зоне звезды, которая представляет собой диапазон расстояний от звезды, на котором температура не слишком высокая или холодная для поддержания жидкой воды.
|
|
|
|
Исследователи ищут какие-либо свидетельства наличия воды на этих планетах, но пока ничего не обнаружили. Некоторые считают, что недостаток газа в атмосфере нарушает освещение, необходимое для получения детальных изображений. Другие предполагают, что вода могла выходить из атмосферы планет на протяжении всей их эволюции.
|
|
|
|
Однако Чен и его команда решили исследовать другую теорию: изначально воды не было, потому что не было газа, который бы ее содержал. Он хотел проверить это не с точки зрения наблюдений, а с помощью математического моделирования первоначального формирования планет.
|
|
|
|
"У нас есть астрономы, которые используют телескопы, чтобы увидеть, что находится снаружи. Я подхожу к этому с другой точки зрения, - сказал Чен. "Я пытаюсь объяснить то, что мы видим, и в то же время пытаюсь предсказать то, что мы не можем".
|
|
|
|
Исследователи создали модели, которые изучали состав и рост этих планет, начиная с того времени, когда они были всего лишь 1 километр в ширину. Они смоделировали, как материал накапливался во время столкновений с другими небесными объектами, пока они не достигли своего окончательного планетарного образования.
|
|
|
|
В событиях столкновения есть несколько ключевых факторов, которые сильно влияют на окончательный состав планеты. Модели Чена включали в себя ударную передачу, которая представляет собой перенос таких материалов, как вода и газы, во время столкновения небесных тел; ударную эрозию, которая относится к удалению материалов из атмосферы планеты в результате столкновения; и обмен мантия-атмосфера, который представляет собой перенос воды и газов между атмосферой планеты и мантия для поддержания его состояния.
|
|
|
|
Команда провела сотни симуляций столкновений, которые выявили тысячи различных вариантов того, как могли образоваться планеты TRAPPIST-1. Они варьировали несколько компонентов, таких как количество воды, доступное для системы, профиль начальной среды формирования планет, профили плотности планет и начальные условия в системе. Для внутренних миров, в частности для первых трех планет, большинство результатов моделирования оказались сухими.
|
|
|
|
"Что бы мы ни делали, на этих внутренних планетах нам не удалось добыть много воды", - сказал Чен.
|
|
|
|
Он считает, что основная причина, по которой планеты не могли получить воду, связана с природой столкновений. Столкновения компактных планет происходят с большей скоростью, поэтому они более агрессивны и энергичны, сказал Чен. Это означает, что вместо образования газообразной атмосферы атмосферы планет были полностью очищены в результате столкновений. Поскольку в атмосфере нет газа, который мог бы содержать воду, возможно, что ранее существовавшая вода улетучилась обратно в космос во время этих столкновений.
|
|
|
|
Понимание самых ранних характеристик планеты, ее воды, воздуха и содержания углерода, закладывает основу для их эволюции. Таким образом, когда исследователи обнаружат планету, которая кажется пригодной для жизни на поверхностном уровне, они смогут использовать модель Чена для моделирования того, какими могут быть эти отдаленные миры изнутри, на поверхности и в воздухе.
|
|
|
|
Сочетание теоретического контекста формирования планеты с состоянием, в котором она была обнаружена, может помочь исследователям — и НАСА — принимать обоснованные и эффективные решения о том, какие планеты заслуживают изучения и когда пора переходить к следующим.
|
|
|
|
Источник
|
