Границы зоны обитаемости могут существенно отличаться от общепринятых

«Суперземли» с водородом в атмосфере и планеты-пустыни могут поддерживать жизнь даже там, где Земля давно бы сдалась.

Джеймс Кастинг (James F. Kasting) и его коллеги из Пенсильванского университета (США) попробовали взглянуть на зону обитаемости под слегка необычным углом, учитывая ранее игнорировавшиеся факторы, а именно неучтённые парниковые газы и естественную изменчивость климата в полярных регионах.


Используя простую одномерную модель («атмосферный столб» в одной точке моделируемой планеты), учёные показали, что водород как парниковый газ может быть значительно эффективнее, чем обычный водяной пар и углекислый газ. Дело не только в том, что его полоса поглощения намного шире, чем у углекислого газа, но и в принципиально иной температуре замерзания водорода: по сути, он не может вымерзнуть и выпасть в виде льда, как это случилось с парниковым газом на Марсе (где он в результате широко представлен в полярных шапках). Расчёты показывают: имей четвёртая планета водородную атмосферу, она была бы намного теплее и потенциально располагала бы жизнью.

Конечно, это невозможно: гравитация Марса в несколько раз слабее земной, и чтобы надолго удержать водород, её не хватило бы. Но, как подчёркивают исследователи, множество планет в других системах не похожи на Землю, будучи несколько массивнее, хотя и не настолько, чтобы быть газовыми гигантами. В таких местах водород может составлять бóльшую часть атмосферы довольно долго, и тогда, кто знает, вдруг на них уже успело развиться то, что нас так волнует...

Увы, в этих рассуждениях есть неудобная деталь: подобный парниковый эффект способен столь серьёзно раздвинуть зону обитаемости, что в нашей, для примера, системе «жилой» мир мог бы ютиться в районе орбиты... Сатурна, то есть вдесятеро дальше, чем Земля отстоит от Солнца. Исследователи справедливо замечают, что на таком удалении от чужих светил мы всё равно землеподобные планеты находить не умеем. Поэтому пока даже не стоит стараться конкретизировать их параметры. Так сказать, подождём принципиально иных телескопов.

Небезынтересны и выводы, касающиеся внутренней границы обитаемости. Учёные полагают, что «дюны», то есть планеты, которые, как Арракис из известной книжки, лишены больших количеств воды, в теории могут оставаться обитаемыми, даже находясь куда ближе к Солнцу, чем позволяют сегодняшние модели. Дело в том, что основная причина нежизнепригодности слишком близких миров заключается во влажном парниковом эффекте, когда вода попадает в стратосферу, где её молекулы подставляются ультрафиолету и распадаются на водород и кислород. А так недолго лишиться вообще всей жидкой воды. Поэтому традиционные модели предвещают в таких случаях полную необитаемость.

Но чтобы попадание воды в стратосферу началось, тропосфера, как полагают авторы работы, должна быть насыщена её парами. По стандартным расчётам, на Земле такое событие произошло бы, будь она на 1–5% ближе к Солнцу. Однако Кастинг и Ко говорят, что если планета маловодна в умеренных и экваториальных широтах и при этом имеет жидкую воду у полюсов, то даже при высоких температурах атмосфера вообще никогда не насытится водяным паром и процесс миграции H₂O в стратосферу с потерей драгоценной жидкости не запустится.

Одно плохо для «дюн»: колебания климата, судя по истории Земли, приводят к таким изменениям температуры, при которых ледяные шапки, например, то появляются, то исчезают. Очевидно, что и с водяными шапками условных Арракисов рано или поздно случится то же самое. Правда, некоторые варианты возможны. Так, авторы решительно отвергают обитаемость пустынных планет такого типа лишь на дистанциях ближе 0,59 а. е. (в условиях Солнечной системы).

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America.

Подготовлено по материалам Ars Technica.