Своими полярными шапками Земля обязана высокой светимости Солнца

Группа исследователей под руководством Аомавы Шилдс (Aomawa Shields) из Вашингтонского университета (США) взялась выяснить, насколько спектральные особенности тех или иных звёзд связаны с шансами планет вокруг них на наличие благоприятных условий для не слишком спартанской жизни земного типа.


Ну как же, вздохнёт читатель, сейчас нам опять споют, что у красных карликов жить то ли нельзя, то ли очень трудно. Не угадали: команда г-жи Шилдс подошла к арии не с самой тривиальной стороны.

Как отмечают учёные, спектральные особенности звезды играют огромную роль в формировании устойчивого ледового и снежного покрова на поверхности той или иной планеты, богатой жидкой водой. Дело в том, что чем выше температура поверхности светила, тем больше в его излучении ультрафиолета, то есть тем бóльшая часть его энергии доходит до ледовых покровов дочерней планеты в УФ-виде.

При контакте со льдом (в меньшей степени со снегом) УФ-лучи имеют куда бóльшие шансы отразиться и унести свою энергию в космос. Напротив, длинноволновое инфракрасное излучение весьма слабо отражается ото льда. Грубо говоря, альбедо льда для ИК-лучей намного меньше, чем для УФ.

И это значит, что вероятность возникновения сильной положительной обратной связи между ледовыми шапками и альбедо планеты у белых звёзд спектрального класса F намного выше, чем у жёлтых карликов класса G (типа нашего Солнца), где 53% изучения — ИК. Представив себе Землю в системе F-звезды (с нынешним содержанием парниковых газов и сегодняшним атмосферным давлением), учёные выяснили, что, даже получая всего на 2% меньше общего излучения от своей звезды, чем доходит от неё сегодня, Земля неизбежно покрылась бы льдом полностью, впав в состояние Земли-снежка.

Когда условная Земля оказывается на аналогичной орбите вокруг нашего Солнца, то для «обледенения» ей требуется уменьшить количество входящего излучения на целых 8% — вчетверо сильнее, чем у какого-нибудь HAT-P-14. В принципе, если взять звезду А-класса (не говоря уже о B и O, а это, напомним, голубые яркие звёзды), разница будет ещё резче. Но авторы рассудили, что голубые звёзды всё равно живут всего ничего, какая уж тут обитаемость, да и планет у них пока найдено мало.

Интереснее оказался другой край звёзд главной последовательности — красные карлики. У них основная часть излучения инфракрасная (~95%), а УФ, вне вспышек, вообще довольно слаб. В итоге вокруг светил М-класса нынешнее входящее излучение для Земли нужно уменьшить аж на 27%, иначе тотального ледникового периода не добиться. И действительно, альбедо снега для излучения от красного карлика будет равно жалким 0,398, а в Солнечной системе — 0,646, то есть планета, в значительной степени покрытая снегами и ледниками, но вращающаяся вокруг красного карлика, не сможет испытать столь же сильного снижения температуры по мере роста ледников, как ваша Земля.


По мнению исследователей, именно вокруг таких звёзд стабильность климата будет максимальна, а вероятность оледенения минимальна, что, вообще говоря, создаёт там более благоприятные условия для жизни, нежели вокруг ярких светил вроде Солнца.

Правда, отмечают авторы, у дальнего края обитаемой зоны, где жидкая вода может существовать либо при давлении в несколько земных атмосфер, либо при большом содержании углекислого газа, фактор спектрального класса звезды менее значим: уже при давлении в пять земных атмосфер и 20-процентном содержании углекислого газа даже у звезды класса F разницу по вероятности оледенения удаётся полностью закрыть.

Но в целом исследователям кажется несомненным, что красные карлики при прочих равных выглядят более климатически благоприятными родительскими звёздам, нежели все остальные массовые типы светил.

С препринтом исследования можно ознакомиться на сайте arXiv.