TRAPPIST-1e и TRAPPIST-1f: Ученые выяснили, где на этих планетах может быть жизнь (или просто лед)

В бесконечной гонке за внеземной жизнью астрономы постоянно сканируют небо, выискивая планеты, которые могли бы стать вторым домом для человечества. Система TRAPPIST-1, расположенная на расстоянии около 41 светового года от Земли, уже давно привлекает к себе пристальное внимание. Среди семи планет, вращающихся вокруг тусклого красного карлика, TRAPPIST-1e и TRAPPIST-1f считаются одними из самых перспективных кандидатов на обитаемость. Однако, как это часто бывает в космосе, реальность может оказаться куда менее радужной, чем первоначальные предположения.

Новая климатическая модель, разработанная учеными, проливает свет на потенциальные условия на поверхности этих далеких миров. Главная особенность планет в системе TRAPPIST-1 – это их синхронное вращение. Из-за близости к своей звезде, они всегда обращены к ней одной стороной, что приводит к образованию "вечного дня" на одной половине и "вечной ночи" на другой. Между этими экстремальными зонами формируется так называемая "терминаторная полоса", которая теоретически могла бы стать наиболее стабильным местом для существования жизни.

Традиционные методы моделирования климата экзопланет, такие как трехмерные глобальные модели циркуляции атмосферы (GCM), требуют огромных вычислительных ресурсов. Это делает практически невозможным быстрый анализ большого количества сценариев. Для решения этой проблемы астрофизик Джейкоб Хакк-Мисра из Blue Marble Space использовал модифицированную модель энергетического баланса (EBM), названную HEXTOR. Эта модель, в отличие от GCM, фокусируется на общем тепловом режиме планеты, а не на детальной атмосферной динамике, что позволяет значительно ускорить процесс моделирования.

Чтобы адаптировать модель к специфике приливно-захваченных планет, Хакк-Мисра заменил традиционные координаты широты на долготу. Это позволило корректно описывать перенос тепла с постоянно освещенной стороны на темную. Точность модели была дополнительно повышена путем калибровки на основе данных более сложных GCM-симуляций, полученных в рамках международной программы TRAPPIST-1 Habitable Atmosphere Intercomparison (THAI). После калибровки HEXTOR смог с высокой точностью воспроизвести среднюю глобальную температуру TRAPPIST-1e, которая составила около 240,8 Кельвина.

Далее, исследователь провел около 6300 симуляций, варьируя поток излучения звезды и давление углекислого газа в атмосфере. Результаты оказались весьма показательными. Для TRAPPIST-1e наиболее вероятным сценарием оказался "прохладный" климат. Однако, при повышении парциального давления CO2 примерно до 0,1 бара, поверхность планеты может освободиться ото льда, делая ее более привлекательной для жизни. При более низких значениях CO2 планета, скорее всего, останется холодной, но не обязательно полностью покрытой льдом.TRAPPIST-1f, в свою очередь, продемонстрировала значительно более суровый климатический режим. По данным модели, в большинстве сценариев эта планета остается "снежной", где даже дневная сторона покрыта льдом. Для того чтобы поверхность TRAPPIST-1f полностью освободилась ото льда, требуется давление CO2 выше 1 бара, что указывает на крайне плотную парнико-газовую атмосферу.

Важно понимать, что модель HEXTOR не предназначена для окончательных выводов о пригодности планет для жизни. Ее основная задача — это быстрая оценка тысяч возможных конфигураций и выявление наиболее перспективных сценариев. Эти сценарии затем могут быть детально исследованы с помощью более сложных климатических моделей и, конечно же, с помощью наблюдений, в том числе с использованием космического телескопа "Джеймс Уэбб". Такой двухуровневый подход, где упрощенные модели выступают в роли "разведки", а GCM — в роли "точного скальпеля", крайне важен для исследования таких сложных систем, как TRAPPIST-1.