Исследование под руководством SwRI предполагает, что возраст звезды-хозяина и изобилие радионуклидов помогут определить как историю экзопланеты, так и ее текущую вероятность того, что она будет умеренной сегодня. Например, красный карлик TRAPPIST-1 является домом для самой большой группы планет размером примерно с Землю, когда-либо обнаруженных в одной звездной системе, с семью скалистыми братьями и сестрами, включая четыре в обитаемой зоне. Но эти миры возрастом около 8 миллиардов лет примерно на 2 миллиарда лет старше самого оптимистичного периода дегазации, предсказанного этим исследованием, и вряд ли сегодня они будут поддерживать умеренный климат. Авторы и права: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.

В прошлом ученые сосредоточились на планетах , расположенных в обитаемой зоне звезды, где не слишком жарко и не слишком холодно для существования жидкой поверхностной воды. Однако даже в пределах этой так называемой «зоны Златовласки» на планетах может развиваться климат, неблагоприятный для жизни. Для поддержания умеренного климата также требуется, чтобы на планете было достаточно тепла для обеспечения углеродного цикла планетарного масштаба. Ключевым источником этой энергии является распад радиоактивных изотопов урана, тория и калия. Этот критический источник тепла может питать конвекцию каменистой мантии экзопланеты, медленное ползущее движение области между ядром планеты и корой, которая в конечном итоге плавится на поверхности. Поверхностная вулканическая дегазация является основным источником CO 2в атмосферу, которая помогает сохранять тепло на планете. Без дегазации мантии планеты вряд ли смогут поддерживать умеренный, пригодный для жизни климат, подобный земному.

«Мы знаем, что эти радиоактивные элементы необходимы для регулирования климата, но мы не знаем, как долго эти элементы могут это делать, потому что они со временем распадаются», — сказал доктор Кайман Унтерборн, ведущий автор статьи Astrophysical Journal Letters об исследовании. . «Кроме того, радиоактивные элементы распределены по Галактике неравномерно, и по мере старения планет у них может закончиться тепло, и дегазация прекратится. Поскольку на планетах может быть больше или меньше этих элементов, чем на Земле, мы хотели понять, как это происходит. изменение может повлиять на то, как долго каменистые экзопланеты могут поддерживать умеренный климат, подобный земному».

Изучение экзопланет — сложная задача. Современные технологии не могут измерить состав поверхности экзопланеты, не говоря уже о ее внутренней части. Однако ученые могут измерить содержание элементов в звезде спектроскопически, изучая, как свет взаимодействует с элементами в верхних слоях звезды. Используя эти данные, ученые могут сделать вывод о том, из чего состоят планеты, вращающиеся вокруг звезды, используя звездный состав в качестве приблизительного показателя для ее планет.

«Используя звезды-хозяева для оценки количества этих элементов, которые попали бы в планеты на протяжении всей истории Млечного Пути, мы подсчитали, как долго мы можем ожидать, что на планетах будет достаточно вулканизма, чтобы поддерживать умеренный климат, прежде чем закончится энергия», — сказал Унтерборн. «В самых пессимистичных условиях мы оцениваем, что этот критический возраст составляет всего около 2 миллиардов лет для планет с массой Земли и достигает 5–6 миллиардов лет для планет с большей массой в более оптимистичных условиях. Для немногих планет у нас есть возраст. поскольку мы обнаружили, что лишь немногие из них были достаточно молоды, чтобы мы могли с уверенностью сказать, что они могут иметь поверхностную дегазацию углерода сегодня, когда мы наблюдали бы это, скажем, с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба».

Это исследование объединило прямые и косвенные данные наблюдений с динамическими моделями, чтобы понять, какие параметры больше всего влияют на способность экзопланеты поддерживать умеренный климат . Дополнительные лабораторные эксперименты и компьютерное моделирование дадут количественную оценку разумного диапазона этих параметров, особенно в эпоху космического телескопа Джеймса Уэбба, который обеспечит более глубокое описание отдельных целей. С помощью телескопа Уэбба можно будет измерить трехмерное изменение атмосфер экзопланет. Эти измерения углубят знания об атмосферных процессах и их взаимодействии с поверхностью и недрами планеты, что позволит ученым лучше оценить, не слишком ли стара каменистая экзопланета в обитаемых зонах, чтобы быть похожей на Землю.

«Экзопланеты без активной дегазации, скорее всего, будут холодными планетами-снежками», — сказал Унтерборн. «Хотя мы не можем сказать, что другие планеты не дегазируют сегодня, мы можем сказать, что для этого им потребуются особые условия, такие как приливное нагревание или тектоника плит. Звездная система TRAPPIST-1. Тем не менее, более молодые планеты с умеренным климатом могут быть самыми простыми местами для поиска других Земель».