Учёные: Планеты без углекислого газа не могут быть обитаемы

Без этого парникового газа их климат неустойчив и от фазы сплошного ледового покрова переходит сразу в фазу чрезмерной жары и кипящих океанов.

Астрономы из Канады и США рассчитали, могут ли быть обитаемыми миры, лишённые заметного количества углекислого газа в атмосфере. Как они обнаружили, это практически невозможно: подобные миры могут быть либо слишком холодными, либо слишком горячими для жизни. Правда, это относится лишь к планетам у жёлтых звезд, оранжевые и особенно красные карлики лишены подобных ограничений. Соответствующая статья опубликована в Nature Geoscience.

Исследователи взяли за образец тела, покрытые водным льдом, как Европа или Энцелад — крупные спутники Юпитера. Они рассчитали количество энергии, необходимое, чтобы растопить такие льды, и заложили их в модель эволюции их климата. Увеличивая или уменьшая моделируемое количество излучения, падающего на симулируемые льдистые экзопланеты, они пришли к неожиданным выводам. У подобных тел оказался очень высокий "порог чувствительности". Лёд так хорошо отражал излучение звезды, что для того, чтобы его растопить, надо было дать больше солнечного света, чем получает на единицу площади Земля. От этого сразу после таяния льдов атмосфера входила в состояние перегрева и начинала активно терять водяной пар из стратосферы (на Земле он её не достигает из-за недостаточной температуры верхних слоёв атмосферы). Без воды планеты не могут быть обитаемыми.

Авторы работы отмечают, что такая странная картина сложилась потому, что эти планеты, подобно реальным Европе и Энцеладу, лишены активного вулканизма, выбрасывающего большие количества углекислого газа. На Земле он мешает инфракрасному излучению от остывающей ночной поверхности планеты покидать её. Этим СО2 стабилизирует климат и мешает образованию сплошного ледового покрова. Учёные делают вывод, что на телах без значительного количества данного газа в атмосфере сложная жизнь на поверхности невозможна.

В то же время этот вывод не является универсальным — он приложим лишь к планетам и спутникам у звёзд типа Солнца (жёлтый карлик, класс G) и Фомальгаута (класс F). Их излучение — главным образом видимого диапазона. Большинство существующих звёзд, примерно три четверти, — это красные карлики, 95 процентов излучения которых приходится на инфракрасную часть спектра. Оно практически не отражается льдами и поэтому не даёт водяному льду охлаждать поверхность планеты, которую он покрывает. Это значит, что в системах красных карликов льдистые планеты в зоне обитаемости, по сути, не могут существовать: их льды быстро и неизбежно превратятся в жидкую воду. Будь Земля в такой системе, на ней не могли бы устойчиво поддерживаться ледяные шапки заметных размеров.