Динамика атмосферы планеты размером с Землю, находящейся вблизи приливной зоны

Когда два тела в космосе находятся достаточно близко друг к другу, их гравитация действует как тормоз, замедляя их до тех пор, пока вращение одного из них не "зафиксируется" в соответствии с его орбитой.

Эта приливная блокировка означает, что одна сторона меньшего тела постоянно обращена к большему - именно по этой причине мы видим с Земли только одну сторону Луны.

Злой близнец Земли, Венера, находится близко к порогу приливной блокировки. Настолько близко, что она почти могла бы быть приливной замкнутой на Солнце... но это не так.

Для прохождения одной орбиты вокруг Солнца Венере требуется 225 дней, а для одного оборота - 243 дня. Более того, в отличие от других планет, она вращается в направлении, противоположном ее орбите вокруг Солнца.

Это небольшое, но существенное различие. Единственное, что мешает Венере полностью зафиксироваться, - это густая, бурная атмосфера планеты, которая обтекает Венеру всего за четыре дня: В 60 раз быстрее, чем сама планета.

Это, по словам астрофизика Стивена Кейна из Калифорнийского университета в Риверсайде, означает, что мы должны уделять гораздо больше внимания атмосферам планет при изучении не только Венеры, но и других планет, вращающихся вокруг далеких звезд.

"Мы думаем об атмосфере как о тонком, почти отдельном слое на вершине планеты, который имеет минимальное взаимодействие с твердой планетой", - объясняет Кейн.

"Мощная атмосфера Венеры учит нас, что это гораздо более интегрированная часть планеты, которая влияет абсолютно на все, даже на скорость вращения планеты".

Атмосфера Венеры довольно дикая, и считается, что это одна из ключевых характеристик, которая привела к тому, что Земля и Венера - такие похожие во многих других отношениях - стали такими разными мирами.

Это загадка, которую ученые-планетологи хотели бы решить, поскольку она означает разницу между пышным, пригодным для жизни миром (Земля) и токсичным, кислотным адом (Венера).

На Венере безумно быстро движущаяся атмосфера - из-за явления суперротации - приводит к ветрам со скоростью более 400 километров в час (около 250 миль в час).

Это сверхвращение приводит к тому, что атмосфера тянет за собой поверхность планеты - результатом чего, по-видимому, является замедление вращения планеты, а также противодействие притяжению Солнца и предотвращение приливной блокировки.

Медленное ретроградное вращение означает, что один день на Венере, от восхода до захода Солнца, длится около 117 дней. Плотная, токсичная атмосфера задерживает большую часть солнечного тепла: только 3 процента падающего солнечного света достигает поверхности, остальное поглощается атмосферой.

В результате поверхность Венеры самая горячая из всех тел Солнечной системы, кроме Солнца, и составляет в среднем около 482 градусов по Цельсию (900 по Фаренгейту).

"Это невероятно чуждо, ощущения дико отличаются от земных", - говорит Кейн. "Стоять на поверхности Венеры - все равно, что стоять на дне очень горячего океана. Вы не смогли бы там дышать".

Поскольку атмосфера задерживает солнечную энергию, Венера просто сохраняет тепло: парниковый эффект. Мы не знаем, какую роль в возникновении этого парникового эффекта может играть приливная блокировка, но изучение Венеры может дать некоторые подсказки.

Большинство экзопланет, которые мы находим, расположены очень близко к своим звездам-хозяевам; инструменты, которые мы используем для их поиска, гораздо лучше справляются с обнаружением близких миров. Поэтому многие из этих миров могут быть приливно-отливными.

Поскольку планета, на которой наблюдается парниковый эффект, негостеприимна для жизни, как мы ее знаем, выяснение того, как приливная блокировка влияет на обитаемость, может помочь нам найти пригодные для жизни миры на орбитах других звезд.

При поиске пригодных для жизни экзопланет астрономы обращают внимание на объекты размером примерно с Землю. Но простого размера Земли вряд ли будет достаточно.

Венера более или менее похожа на Землю, но любые земные организмы, пытающиеся там жить, не смогли бы выжить. Простое использование Земли в качестве модели для экзопланет, даже запертых в приливной зоне, может не дать точных результатов.

"Венера - это наша возможность сделать эти модели правильными, чтобы мы могли правильно понять поверхностную среду планет вокруг других звезд", - говорит Кейн. 

"Сейчас мы не очень хорошо справляемся с этой задачей. Мы в основном используем модели земного типа для интерпретации свойств экзопланет. Венера размахивает обеими руками, говоря: "Смотрите сюда!"".

Венера, по его словам, - это инструмент, который находится прямо здесь, в нашей Солнечной системе, и который мы можем использовать, чтобы попытаться понять климат инопланетных миров".

Исследование было опубликовано в журнале Nature Astronomy