|
Миры вечного дня и бесконечной ночи
|
|
|
|
Экзопланета LHS 3844b, лишь немного превосходящая по размерам Землю, вращается вокруг своей родительской звезды, красного карлика LHS 3844, расположенного в 48,5 световых годах от нашей Солнечной системы. Скорость её вращения соответствует скорости её орбиты. Результат? Одна сторона LHS 3844b постоянно находится под палящим солнцем, в условиях бесконечного, невыносимо жаркого дня, в то время как другая навсегда окутана такой холодной тьмой, что частицы не способны двигаться — состояние, известное как абсолютный нуль (ноль Кельвинов).
|
|
|
|
Дайсуке Ното, научный сотрудник лаборатории GEFLOW Хьюго Уллоа в Пенсильванском университете, задался вопросом, может ли такая суровая среда поддерживать жизнь. «Уже один взгляд на экстремальные температуры на дневной и ночной сторонах — например, 1000–2000 Кельвинов на дневной стороне и абсолютный ноль на ночной — может навести на мысль, что эти экзопланеты слишком суровы для жизни. Но, — говорит Ното, — жизнь может найти выход».
|
|
|
|
Следуя этому направлению исследований, Ното и его коллеги из Японского агентства морских и земных наук и технологий и Университета Хоккайдо сообщили в журнале Nature Communications, что «такие экзопланеты могут быть более устойчивы к поддержанию жизни, поскольку «приливная блокировка» может способствовать поддержанию умеренных температурных условий на местном уровне за счет распределения теплового потока в стороны».
|
|
|
|
|
|
|
Обсуждая исследование и использованные методы, Ното объясняет, почему, по его мнению, жизнь может существовать там, где, согласно общепринятому мнению, она отсутствует, и как он и Уллоа применяют аналогичные методы для раскрытия скрытых ритмов самой Земли.
|
|
|
|
Приливная блокировка — это норма
|
|
|
|
Ното говорит, что экзопланеты — планеты, вращающиеся вокруг звёзд за пределами нашей Солнечной системы — с постоянными дневными и ночными условиями, как LHS 3844b, встречаются гораздо чаще, чем планеты с дневными и ночными циклами, как у Земли.
|
|
|
|
«Многие небесные тела, такие как луны и планеты, находящиеся очень близко к своим родительским звёздам, находятся в так называемой приливной блокировке», — объясняет он. «Это означает, что по мере их вращения вокруг своих осей и орбит вокруг родительских звёзд эти скорости и частоты совпадают, что приводит к явлению, когда мы видим только одну сторону нашей Луны».
|
|
|
|
Эта «блокировка» подвергает планету экстремальному и постоянному температурному дисбалансу. Работа Ното была направлена на понимание того, что происходит под поверхностью — а точнее, как этот тепловой дисбаланс влияет на мантию, обширный каменистый слой, расположенный между корой и ядром планеты.
|
|
|
|
«Создание настоящей экзопланеты в лаборатории не входило в бюджет», — шутит Ното, поэтому он и его команда используют проверенное решение: прямоугольный резервуар размером со стол, заполненный вязкой жидкостью (глицерином) и содержащий термохромные жидкие кристаллы — цветные частицы, меняющие оттенок в зависимости от температуры.
|
|
|
|
Эта обманчиво простая установка перекликается с целой плеядой элегантных аналоговых моделей, используемых для исследования того, как температурные градиенты и геометрия влияют на конвекцию в медленных, стратифицированных системах, от земной коры до воображаемых инопланетных мантий.
|
|
|
|
В отличие от атмосферных или океанических систем, где доминируют силы Кориолиса и вертикальное притяжение гравитации, конвекция в мантии обусловлена в основном разницей температур и плотности, особенно в медленных недрах каменистых планет, объясняет Ното. С этой целью команда разместила четыре термостата, контролирующих нагрев и охлаждение, по краям резервуара, создавая градиенты, приблизительно имитирующие субзвездные и антизвездные области экзопланеты, ее поверхность и глубинные недра.
|
|
|
|
Устойчивое планетарное сердцебиение
|
|
|
|
Они обнаружили, что поток мантии образует устойчивый цикл: горячий материал поднимается с дневной стороны, проходит по поверхности, охлаждается и опускается обратно на ночной стороне, прежде чем вернуться к дну — единая, устойчивая циркуляция, зацикленная подобно планетарному сердцебиению.
|
|
|
|
«Это не хаотично, как мантия Земли, — говорит Ното. — Это медленно и устойчиво. Предсказуемо. Немного скучно — но в хорошем смысле».
|
|
|
|
Иногда этот ритм прерывался грибовидными восходящими потоками, или плюмами, поднимающимися от нагретого основания резервуара. Но в отличие от беспокойных земных горячих точек, таких как Гавайи или Исландия, которые перемещаются по тектоническим плитам, эти плюмы оставались неподвижными, всегда формируясь в одном и том же месте.
|
|
|
|
Модель Ното показала числа Нуссельта, или метрики переноса тепла, аналогичные земным, что предполагает, что некоторые экзопланеты могут поддерживать локальные геотермальные условия, благоприятные для необходимых для жизни компонентов — особенно в более умеренных средних широтах.
|
|
|
|
По мнению Ното, последствия гораздо глубже, поскольку этот постоянный поток мантии полушария может влиять на жидкое ядро планеты, возможно, создавая магнитные поля, отличные от земного диполя.
|
|
|
|
«Это то, что мы не смогли проверить в этом эксперименте, — говорит он, — но это захватывающее направление для будущих исследований».
|
|
|
|
Ното и Уллоа работают над целым рядом новых тем, которые имитируют различные геофизические системы с помощью аналогичных лабораторных моделей, разработанных в GEFLOW. В предыдущих работах были освещены вопросы переноса массы и тепла в замкнутом пространстве, что пролило свет на роль жидкостей в гидротермальных системах.
|
|
|
|
«Мы планируем и дальше расширять экспериментальные методы, чтобы глубже изучать различные системы на нашей планете в разных контекстах. Возможности, в буквальном смысле, выходят за пределы нашего мира», — говорит Ното.
|
|
|
|
Источник
|
