Облака существенно расширяют зону обитаемости для планет в системах красных карликов

Проведя несколько тщательных симуляций возможного поведения облаков на экзопланетах, американские исследователи обнаружили, что оно способно сильнейшим образом модифицировать понятие зоны обитаемости.
Обычно планету помещают в зону обитаемости на основании расстояния от неё до звезды и светимости последней. Однако с облачностью в других звёздных системах мы пока не очень знакомы — слишком слабы наши телескопы. На практике её учитывают в двух вариантах: либо предполагают равной нулю (то есть никак), либо считают равной земной. Последний пункт вызывает не меньше вопросов, чем первый, — скажем, согласно ряду определений зоны обитаемости в Солнечной системе, в последней находится не только Земля, но и Марс. Однако облачность Красной планеты вызывающе слаба в сравнении с земной, так почему другие миры должны быть похожи на первую планету из этой пары, а не на вторую?

Трёхмерная модель группы Цзюнь Яна (Jun Yang) из Чикагского университета (США) учла все основные сценарии облачности для систем маломассивных звёзд.

Как вы помните, планеты в обитаемой зоне вокруг красных карликов — трёх четвертей всех звёзд Вселенной — в основном должны иметь год, не превышающий одного-двух земных месяцев. А всё потому, что они располагаются куда ближе к звезде, чем Земля к Солнцу. Гравитация светила в системах такого типа будет слишком сильно воздействовать на планеты, что приведёт к приливному захвату: звезда всегда будет смотреть на тело с одной стороны, а с другой небо будет погружено в вечную тьму.

Моделирование облачности на таких планетах показало, что точка наибольшего перегрева будет иметь максимальную конвекцию и перемешивание атмосферы прямо над ней, а также максимальную облачность. Причём, в отличие от планет с нормальным вращением вроде Земли, облачный покров в таких районах будет постоянным. В этом месте облака из водяного пара, неизбежные для планет с жидкой водой на поверхности, будут отражать излучение от красного карлика, сильно охлаждая свою вечно дневную сторону.

В итоге для планет на внутренней окраине зоны обитаемости перегрев будет в значительной степени скомпенсирован, что пододвигает эту границу много ближе к красному карлику, чем это представлялось ранее, до учёта влияния облаков.

Последствия влияния облачности на количество обитаемых миров исследователи оценивают как весьма значимые статистически, «по меньшей мере на 50–100% повышающие число потенциально обитаемых планет» близ красных карликов. Если предшествующие оценки популяции миров в зоне обитаемости для нашей Галактики давали лишь 30 млрд планет, то, согласно новым оценкам, речь должна идти о примерно 60 млрд экзопланет.


Можно ли проверить столько экстравагантную концепцию? Да, причём довольно легко. В 2018 году должен заработать космический ИК-телескоп «Джеймс Уэбб». Так вот, с его помощью можно будет взглянуть на планеты вокруг красных карликов, охватив как дневную сторону (когда экзопланета будет в самой дальней от нас точке орбиты), так и ночную (в ближайшей точке). И тогда станет ясно, имеет ли дневная сторона столь мощную облачность, как предсказывает 3D-модель.

Дело в том, что над регионами большого нагрева на Земле во многих местах есть плотный покров облаков (Бразилия, Индонезия). А поскольку водяной пар хорошо поглощает излучение, из космоса эти районы выглядят холодными — даже холоднее, чем умеренные широты. В то же время не столь освещённые территории высоких широт постоянной плотной облачности нередко не имеют вовсе. Если «Джеймс Уэбб» покажет такие аномально холодные пятна на дневной стороне приливно захваченных экзопланет у красных карликов, а также сравнительно тёплые районы на вечно ночной стороне, это станет верным признаком справедливости нынешней работы, то есть того, что обитаемых планет вокруг нас существенно больше, чем мы думали.

Отчёт об исследовании опубликован в издании Astrophysical Journal Letters, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Чикагского университета.