"Компот" рассказал о ранней атмосфере Земли
Ученые из Института астрономии РАН и МГУ совестно с зарубежными коллегами использовали атмосферную модель под названием «Компот». В результате им удалось рассчитать, за какое время атмосфера планеты земного типа (подобная нынешней земной) может быть уничтожена активной молодой звездой вроде нашего Солнца.
Время, за которое молодое Солнце могло уничтожить атмосферу нашей планеты, оказалось близким к 0,1 миллиарду лет. По всей видимости, это означает, что атмосфера современного состава на потенциально обитаемых планетах может образоваться только после того, как звезда «успокоится». Соответствующая статья направлена на публикацию в Astronomy & Astrophysics, а с ее текстом можно ознакомиться на сервере препринтов Корнелльского университета.
Молодые быстро вращающиеся звезды излучают большое количество рентгеновского излучения и ультрафиолета. Их количество зависит от магнитного поля звезды и скорости ее вращения — у молодых звезд типа Солнца (желтые карлики) излучения в данных диапазонах намного выше, чем у того же Солнца сегодня. Это значит, что в ранней Солнечной системе УФ и рентгена в излучении звезды было много больше, чем сегодня. У красных и оранжевых карликов активные периоды значительно длиннее, чем у желтых, поэтому там период высокой активности может затянуться.
Авторы новой работы использовали ранее построенное другой группой исследователей программное обеспечение под названием «Компот», обсчитывающее, как именно такое коротковолновое излучение будет влиять на атмосферу, состоящую из газов, типичных для атмосферы Земли. Оказалось, что действительно активное Солнце окажет на планету, находящуюся на современной земной орбите, очень серьезное влияние в плане потери атмосферы: атомы (молекулы будут расщепляться от нагрева) азота, кислород и аргон будут быстро разгоняться в верхних слоях атмосферы до нескольких километров в секунду, после чего покинут планету и рассеются в космическом пространстве. По расчетам, при условии активного молодого Солнца современная земная атмосфера потеряла бы весь азот, кислород и большую часть аргона всего за 100 тысяч лет.
Совсем другая ситуация должна была сложиться для углекислого газа. Тот обладает чем-то вроде встроенной «самозащиты» от нагрева УФ и рентгеном в верхних слоях атмосферы: эта молекула при нагреве начинает быстро и эффективно излучать в инфракрасном диапазоне. За счет этого молекула эта будет расщепляться сравнительно медленно и потеря атмосферы из углекислого газа будет протекать намного медленнее — настолько, что она сможет существовать дольше, чем длится период активности молодой звезды.
Читайте также: Как на атмосферу Земли повлияли кометы
Авторы делают из этого два вывода. Во-первых, атмосфера планет земного типа у желтых карликов — включая саму Землю — в начале жизненного цикла должна либо потерять основную часть своей массы, либо состоять в основном из углекислого газа. Во-вторых, азотно-кислородная атмосфера, без которой не может существовать сложная биосфера известных нам типов, не может появиться раньше, чем звезда системы закончит действительно активно излучать в УФ и рентгеновском диапазонах.
Это, в свою очередь ставит вопрос о планетах в зоне обитаемости вокруг красных карликов. Дело в том, что у последних высокая активность в указанных диапазонах может длиться сотни миллионов и даже миллиарды лет. Значит ли это, что там подолгу не может образоваться атмосфера земного типа, и, соответственно, сложная жизнь? Ответ на этот вопрос должны дать наблюдении за атмосферами близких к Земле планет у красных карликов. Считается, что уже в 2020-х годах их состав можно будет выяснить с помощью новейших космических телескопов.