Что Юпитер может рассказать о климате земплеподобных планет вокруг других звёзд

Выход из строя космического телескопа «Кеплер» заставил учёных крепко призадуматься. И, к примеру, взяться за составление списка критериев, которым должна удовлетворять планета, чтобы быть по-настоящему обитаемой.

Зачем этот список нужен, если есть трижды пресловутая «зона обитаемости»? Скептики утверждают, что формальное нахождение в зоне обитаемости малоинформативно. Чаще всего они оперируют циклом Миланковича, суть периодическими изменениями в инсоляции Северного и Южного полушарий нашей планеты под влиянием гравитации других тел Солнечной системы, воздействующих на орбиту Земли. Поскольку альбедо разных полушарий различно, такие колебания понижают (или повышают) количество солнечного излучения, греющего планету, и тем самым периодически «сбивают» её климат. Аргументация такова: даже небольшие колебания орбиты экзопланет земного типа в зоне обитаемости должны вести к таким скачкам температур, при которых нормальное развитие жизни (не говоря уже о жизни разумной) будет весьма затруднено. И это вновь приводит нас к предположению об уникальности Земли как места, пригодного для жизни разумного вида.

Такого не может быть, уверяют сторонники теории уникальной Земли: только редкое стечение обстоятельств (включая щадящий режим циклов Миланковича) позволяет нашей планете порождать и поддерживать разумную жизнь. (Илл. James Vaughan.)

Астроном Джонти Хорнер (Jonti Horner) из Университета Нового Южного Уэльса (Австралия) вместе с коллегами взялся за составление списка критериев обитаемости. Для этого он представил, как именно гравитация соседей по системе может исказить экзопланетные орбиты. Поскольку детальных данных по другим системам у нас пока нет (даже в наиболее изученных мы можем не знать о существовании крупных планет, находящихся далеко от светила), постольку была создана модель, в которой «подопытной планетой» стала Земля. А влияние других тел в основном свели к юпитерианскому — благо это самая массивная планета нашей системы, в долгосрочном смысле вместе с Солнцем оказывающая определяющее влияние на циклы Миланковича, кои часто связывают с периодическим оледенением Земли.

Учёные перебрали 39 601 вариант, в котором Юпитер находится то чуть ближе к Солнцу (4,2 а. е.), то чуть дальше от него (6,2 а. е.), чем эта гигантская планета удалена от светила в действительности (5,2 а. е.).

Ну так что, редка ли Земля в окружающей Вселенной? Могут ли соседи-тяжеловесы дестабилизировать климат землеподобной планеты, делая его непригодным для комфортного существования?

Оказалось, что, как ни двигай Юпитер туда-сюда на 150 млн км в любую сторону, периодические колебания орбиты Земли, составляющие циклы Миланковича, не испытывают значимых изменений. Нет, отдельные сценарии всё же давали колебания орбиты сильнее нынешних (хотя и вряд ли катастрофические), однако в подавляющем большинстве варианты были либо сходными по колебаниям с нынешними, либо даже меньшими. В общем, даже сегодняшний земной климат с его периодическими оледенениями сравнительно экстремален, то есть не очень-то свойствен землеподобным телам.

Как отмечают исследователи, в значительном количестве случаев в системах с экзо-Землями уже известны гигантские планеты, а когда мы получим более эффективные космические телескопы, то познаем всех тамошних тяжеловесов. Следовательно, можно будет использовать эту модель для описания орбит аналогов Земли в других планетных системах, чтобы выяснить, насколько они хаотичны и может ли это всерьёз повлиять на стабильность климата.

Заметим также, что, при всей правоте австралийцев, собственно аргумент о влиянии циклов Миланковича на обитаемость в климатическом отношении весьма спорен. Ещё в кембрии на Земле господствовал тёплый климат, а средняя температура поверхности была высокой при минимальной разнице температур между экватором и полюсами. Последние 500 млн лет в основном характеризовались более тёплым климатом с высоким содержанием в атмосфере углекислого газа, нежели сегодня, при котором циклы Миланковича в абсолютном большинстве периодов не вели к оледенениям, тем более частым. Трудно понять, почему климат экзопланет должен быть похожим на нынешний земной, с его быстро чередующимися ледниковьями, а не на климат прошлого Земли, в принципе незнакомый с постоянными полярными шапками.

Чем сильнее вытянется орбита Земли («вытянутость» указана справа), тем резче будут колебания её климата. Однако даже сильные вариации удаления Юпитера от Солнца и вытянутости его собственной орбиты не приводят к сценарию полной необитаемости; в большинстве же случаев всё выглядит вполне по-вегетариански. (Илл. Jonti Horner.)

Наконец, нынешние моделирования связи атмосферы и климата показывают, что при атмосфере хотя бы в четыре раза плотнее земной даже планеты типа Земли с её нынешней не вполне стабильной орбитой имели бы одинаковую температуру на полюсах и экваторе. Откуда мы знаем, что на большинстве экзопланет сравнительно мало углекислого газа и тонкая газовая оболочка (как на Земле сегодня)? Впрочем, обвинения в определённом микшировании нынешней земной ситуации со стандартным положением дел на экзопланетах следует адресовать скорее сторонниками теории уникальной Земли, чем Хорнеру и Ко.

Предварительные результаты исследования на этой неделе будут представлены на Австралийской конференции космических наук.

Подготовлено по материалам The Conversation. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.