Введение

Система TRAPPIST-1, находящаяся в 41 световом году от Земли, привлекает внимание астрономов благодаря своим семи подтвержденным планетам, вращающимся вокруг тусклой звезды типа M. Две из этих планет — TRAPPIST-1e и TRAPPIST-1f — находятся в зоне обитания, что делает их особенно интересными для изучения. Однако их близость к звезде создает уникальные климатические условия.

Климатическая модель для экзопланет

Учитывая особенности этих планет, ученые начали разрабатывать модели климата для TRAPPIST-1e и TRAPPIST-1f. Недавно опубликованная работа Джейкоба Хакк-Мисра из Blue Marble Space использует новейшую климатическую модель, позволяющую проводить расчеты с меньшими вычислительными затратами.

Традиционно, для моделирования климата экзопланет применяются трехмерные модели общего циркуляции (GCM). Эти сложные системы моделируют такие процессы как радиационный обмен и атмосферная динамика. Однако их высокая вычислительная сложность делает их малопригодными для исследования множества переменных, например, уровня углекислого газа.

Простые модели для сложных задач

Существуют и упрощенные модели, такие как модели баланса энергии (EBM). Они работают в одном измерении и не учитывают каждую каплю дождя или порыв ветра. Вместо этого они анализируют энергию, поступающую от звезды, и энергию, излучаемую обратно в космос. Сравнение этих значений дает общее представление о том, насколько планета будет нагреваться или остывать.

Модификация модели HEXTOR

Для своей работы доктор Хакк-Мисра выбрал модель HEXTOR (Habitable Energy balance model for eXoplaneT ObseRvations). Он модифицировал ее для учета приливного захвата, изменив координатную ось с широты на долготу. Это позволило более точно моделировать постоянный перенос энергии с «дневной» стороны планеты на «ночную».

Калибровка модели

Для повышения точности своей модели доктор Хакк-Мисра использовал таблицу значений температур поверхности, полученных с помощью более сложных GCM в рамках проекта THAI (TRAPPIST-1 Habitable Atmosphere Intercomparison). С использованием этого набора данных и модифицированной модели HEXTOR удалось воспроизвести глобальную среднюю температуру TRAPPIST-1e, составившую 240.8K, что соответствует результатам сложных моделей THAI.

Результаты моделирования

Доктор Хакк-Мисра провел 6300 симуляций, меняя уровень солнечного света и давление углекислого газа в атмосфере планеты. Он пришел к выводу, что на TRAPPIST-1e наиболее вероятен сценарий с «прохладной» дневной стороной, которая может стать «теплой» только при уровне углекислого газа выше 0.1 бар. В то же время TRAPPIST-1f, вероятно, является «снежным» планетой, где даже на дневной стороне будет ледяная оболочка, и для ее разморозки потребуется углекислый газ выше 1 бар.

Перспективы исследования

Модель HEXTOR предназначена не для окончательных результатов, а для выявления наиболее интересных сценариев, которые могут быть исследованы с помощью более дорогих GCM. Эта комбинация «разведывательной» модели и последующего глубокого анализа может направить такие миссии, как телескоп Джеймса Уэбба, в поисках возможных атмосфер, способных поддерживать жизнь.

Заключение

Исследования, проводимые с использованием модели HEXTOR, открывают новые горизонты в изучении климатических условий экзопланет. Система TRAPPIST-1, с ее уникальными планетами, может стать ключом к пониманию возможностей существования жизни за пределами Земли.