Обитаема ли Земля?

Исследователи из Пенсильванского университета (США) заявили о необходимости пересмотра зоны обитаемости как понятия и предложили свой вариант, основанный на более точном, по их мнению, учёте влияния парниковых газов на планетарную температуру.

Учёные основывались на моделях Джеймса Кастинга и Эвана Пу. Но результаты получили оригинальные, свои: зона обитаемости фактически оказывается дальше от звезды, чем считалось; её ближняя к светилу граница, следовательно, также удалена. Расчёты для Солнечной системы, к примеру, принесли просто удивительные результаты: оказывается, Земля еле-еле подходит для обитания, а пригодные для жизни планеты могут простираться до орбиты Марса.

Согласно новой модели (и вопреки предыдущим), Кеплер-22b и Глизе-667Сс лежат за пределами зоны обитаемости (выделена зелёным). Да и Земля критически близка к тому же. (Здесь и ниже иллюстрации Chester Herman.)

Как же так? Ведущий автор работы Рави Кумар Коппарапу (Ravi Kumar Kopparapu) сообщает, что его группа использовала последние по времени базы данных о поглощении солнечного излучения парниковыми газами (HITRAN и HITEMP). В них параметры для воды и углекислого газа уточнены и превосходят доступные ранее значения. Используя ту же модель Кастинга, что лежит в основе современных мейнстрим-оценок, исследователи неизбежно получили бы иное значение обитаемой зоны для экзопланет. Что и произошло.

Итог очевиден: многие считавшиеся обитаемыми планеты на практике далеки от мест, где может возникнуть жизнь.

Уже сейчас можно предвидеть недоумённые вопросы астрономического сообщества. Во-первых, по ранним вычислениям, без высоких значений поглощения для воды и углекислого газа Земля находилась у края обитаемой зоны с её внутренней стороны. Уже тогда эти расчёты вызывали некоторое недоверие: получалось, что, будь наша планета всего лишь в 0,9 а. е. от Солнца, её обитаемость была бы удручающе низкой, точнее сказать — отсутствовала бы. По новой же модели, зазор ещё меньше. Взгляните, например, на калькулятор обитаемой зоны, выложенный авторами в онлайн. Итак, минус доли процента от расстояния до Солнца — и Земля была бы мёртвой?

Во-вторых (и это ещё более значимый повод для критики), количество углекислого газа на Земле всего три-четыре сотни миллионов лет назад было в несколько раз выше нынешнего. Да, светимость Солнца была меньше — но буквально на проценты, которые можно пересчитать по пальцам одной руки. Наконец, 40 млн лет назад ледяного покрова в Антарктиде (находившейся примерно там же, где и сейчас) не было вовсе. Однако всего 30 млн лет назад лёд покрыл континент и привел его в современный вид — и всё из-за падения содержания углекислого газа в атмосфере. Получается, что до оледенения Антарктиды (и ранее, в каменноугольном периоде), по новым расчётам, планета должна была как минимум частично находиться за пределами зоны обитаемости?

Отметим, что по калькулятору атмосферное давление на поверхности планеты (влияющее на парниковый эффект), как и её размеры и вытекающее из них геотермальное тепло (очень большое у «суперземель»), никак не влияют на обитаемость, что не очень понятно. Опять же уже при солнечной светимости в 1,015 от нынешней (такой она будет через 200 млн лет) калькулятор констатирует потерю Землёй водной оболочки. Неужели наша жизнь столь уязвима?

Кроме того, модель не учитывает влияния облаков, рассеивающих в космос солнечное излучение увеличением альбедо Земли. Если в данный момент нам детально неизвестны механизмы обратной связи между ростом температуры и образованием облаков, как можно говорить о понимании внутренней границы зоны обитаемости? Если верить ряду последних исследований, получается, что продукты жизнедеятельности растений и многие микробы могут играть в образовании облаков такую же роль, как и все остальные факторы вместе взятые. Если это так, то как вообще можно определить точные границы зоны обитаемости без исчерпывающих сведений о микробах и растениях за многие световые годы от нас?

Отчёт об исследовании принят к публикации в Astrophysical Journal, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Пенсильванского университета.