Повільне обертання може перетворити планету на «пекельний» світ. Вчені хочуть перевірити це на сотнях екзопланет.
Венера давно залишається одним із найбільших парадоксів Сонячної системи. За розмірами вона майже близька до Землі, але її поверхня перетворилася на надзвичайно гарячий світ із щільною атмосферою та потужним парниковим ефектом. Чому дві схожі планети пішли настільки різними шляхами?
Одна з можливих відповідей може бути пов’язана з тим, наскільки швидко обертається планета навколо власної осі.
Нове дослідження американського планетолога Стівена Кейна з Каліфорнійського університету в Ріверсайді звертає увагу на проблему, яку досі могли недооцінювати під час вивчення далеких світів: астрономи можуть помилково прийняти швидкість руху атмосфери за швидкість обертання самої планети.
Венера показує, наскільки легко помилитися
Венера є чудовим прикладом такої ситуації. Планета надзвичайно повільно обертається навколо своєї осі: один оберт триває приблизно 243 земні доби.
Але її верхні шари атмосфери поводяться зовсім інакше. Вони здійснюють повний оберт навколо планети приблизно за чотири доби. Виходить величезна різниця між рухом самої планети та рухом її атмосфери. Якщо спостерігати лише за атмосферними явищами, Венера може здатися такою, що обертається приблизно у 60 разів швидше, ніж насправді.
Для дослідження клімату екзопланет це серйозна проблема. Швидкість обертання визначає, як тепло від зорі розподіляється по поверхні та атмосфері. Вона впливає на циркуляцію повітря, формування вітрів, перенесення енергії та, якщо планета має океани, взаємодію атмосфери з водними масами. Тому помилка у визначенні тривалості доби може призвести до помилкових моделей клімату.
Як виміряти обертання далекої планети?
На Землі або Венері вчені можуть безпосередньо спостерігати поверхню та визначати, як швидко вона повертається. З екзопланетами все значно складніше.
Більшість таких світів розташовані настільки далеко, що телескопи не можуть побачити їхню поверхню. Астрономам доводиться аналізувати непрямі сигнали — передусім зміни в атмосфері. Але саме тут і виникає пастка: атмосфера може рухатися значно швидше за планету.
У новій роботі, опублікованій в The Astronomical Journal, Кейн пропонує спосіб зменшити ризик такої помилки. Замість того щоб покладатися на спостереження лише одного шару атмосфери, дослідники можуть вивчати планету на різних довжинах хвиль, зокрема в інфрачервоному діапазоні.
Інфрачервоне випромінювання здатне проникати до різних атмосферних шарів. Це дозволяє отримати своєрідний «профіль» руху атмосфери на різних висотах.
У випадку Венери такий підхід особливо корисний, оскільки швидкість вітрів зменшується ближче до поверхні. Порівнюючи рух атмосфери на різних глибинах, можна краще відокремити атмосферну циркуляцію від справжнього обертання планети.
Сотні «Венер» можуть стати природною лабораторією
Найцікавіше те, що найближчими роками вчені можуть отримати набагато більшу вибірку таких світів.
Європейське космічне агентство готується до запуску місії PLATO, яка запланована на березень 2027 року. Її головне завдання — пошук екзопланет, що проходять перед своїми зорями та спричиняють невеликі падіння їхньої яскравості.
На відміну від деяких попередніх місій, PLATO спостерігатиме за окремими ділянками неба протягом тривалого часу. Це підвищить шанси виявити планети з довшими орбітальними періодами.
Додатковою перевагою стане те, що багато знайдених планет обертатимуться навколо відносно яскравих зір. Такі системи буде легше досліджувати за допомогою потужних телескопів, зокрема космічного телескопа James Webb.
За оцінками Кейна та його колег, PLATO потенційно може виявити кілька сотень планет, подібних до Венери. Це може докорінно змінити підхід до вивчення нашої сусідки.
Чому Земля залишилася придатною для життя?
Якщо астрономи отримають достатньо велику групу схожих планет, вони зможуть порівняти їх між собою.
Уявімо, що більшість із сотні «екзовенер» виявляться дуже повільними ротаторами. Тоді з’явиться вагомий аргумент на користь гіпотези, що повільне обертання може бути одним із факторів, які сприяють формуванню екстремального парникового клімату.
Але якщо схожі планети матимуть дуже різну тривалість доби, доведеться шукати інші причини. Наприклад, роль можуть відігравати склад атмосфери, геологічна активність, наявність води, особливості орбіти або історія взаємодії із зорею. Саме порівняння багатьох планет дозволить відокремити випадкові особливості Венери від закономірностей.
Обертання важливе і для пошуку життя
Цей підхід має значення не лише для розгадки таємниці Венери. Земля обертається навколо своєї осі приблизно за 24 години. Завдяки цьому сонячна енергія постійно перерозподіляється між різними частинами планети. Обертання разом з атмосферною та океанічною циркуляцією формує систему, яка допомагає підтримувати відносно стабільний клімат.
Для потенційно придатних для життя екзопланет швидкість обертання також може бути важливим параметром. Якщо вчені навчаться надійно визначати тривалість їхньої доби, вони зможуть точніше моделювати температуру, вітри та рух атмосфери. А це, своєю чергою, допоможе оцінити, наскільки довго планета здатна підтримувати умови, сприятливі для життя.
Венера може стати ключем до розуміння планетних кліматів
Сьогодні Венера залишається загадковим прикладом того, як планета, схожа на Землю, могла перетворитися на зовсім інший світ. Майбутні спостереження за сотнями подібних екзопланет дадуть змогу провести своєрідний космічний експеримент: порівняти їхні атмосфери, вік, орбіти та швидкість обертання.
Якщо виявиться чіткий зв’язок між повільним обертанням і надзвичайно потужним парниковим ефектом, це стане важливою підказкою щодо минулого Венери.
А якщо такого зв’язку не буде, вчені отримають не менш цінний результат — доведеться уважніше досліджувати інші механізми, які здатні перетворити планету на розпечений світ.
У будь-якому разі майбутня ера дослідження екзопланет поступово переводить питання про придатність світів для життя з теоретичних моделей у площину статистики. І, можливо, саме сотні далеких «Венер» допоможуть нарешті зрозуміти, чому наша планета залишилася блакитною, а її сусідка стала справжнім пеклом.
