Τα ευρήματα από τη μελέτη των ατμοσφαιρών των εξωπλανητών θα μπορούσαν να επιτρέψουν στο διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb της NASA να προσδιορίσει σε ποιους εξωγήινους κόσμους υπάρχει ξηρά και θάλασσα. Μια νέα προσομοίωση των ατμοσφαιρικών συνθηκών ενός υποθετικού εξωγήινου κόσμου θα μπορούσε να βοηθήσει στην ενημέρωση του έργου του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb και στην αποκάλυψη ενδείξεων σχετικά με την ικανότητα των εξωπλανητών να φιλοξενούν ζωή.
Το κλίμα οποιουδήποτε βραχώδους κόσμου, που μπορεί να μοιάζει με τη Γη και που δείχνει πάντα την ίδια πλευρά στον μητρικό του αστέρα, εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την ποσότητα και τη θέση της ξηράς και του νερού στην επιφάνεια του πλανήτη, διαπίστωσε η νέα έρευνα. Παρόλο που τα σημερινά τηλεσκόπια δεν διαθέτουν την ικανότητα ανάλυσης για να δουν την επιφάνεια ενός εξωπλανήτη, τα ευρήματα θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους αστρονόμους να βγάλουν συμπεράσματα για τις επιφάνειες των πλανητών, κάνοντας φασματοσκοπικές μελέτες της ατμόσφαιράς τους.
«Η εργασία μας δείχνει ότι η κατανομή της ξηράς σε έναν πλανήτη που μοιάζει με τη Γη έχει μεγάλο αντίκτυπο στο κλίμα του και θα πρέπει να βοηθήσει τους αστρονόμους, που κοιτάζουν πλανήτες με όργανα, όπως το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb, να ερμηνεύουν καλύτερα αυτό που βλέπουν», είπε η Evelyn Macdonald, μεταπτυχιακή φοιτήτρια στο Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου του Τορόντο.
Η Macdonald ηγήθηκε της νέας μελέτης, η οποία χρησιμοποίησε μια προσομοίωση κλίματος που ονομάζεται ExoPlaSim για να μοντελοποιήσει πώς η ποσότητα και η κατανομή της ξηράς και της θάλασσας επηρεάζουν τα κλίματα των λεγόμενων παλιρροϊκά κλειδωμένων κόσμων. Ένας παλιρροϊκά κλειδωμένος πλανήτης βρίσκεται σε σύγχρονη περιστροφή, που σημαίνει ότι χρειάζεται τον ίδιο χρόνο για να περιστραφεί γύρω από τον άξονά του όσο χρειάζεται για να κάνει μια περιφορά γύρω από τον αστέρα του. Ως εκ τούτου, ο πλανήτης περιστρέφεται με ρυθμό που σημαίνει ότι διατηρεί πάντα την ίδια πλευρά του στραμμένη προς τον αστέρα του. Είναι το ίδιο φαινόμενο που κρατά τη Σελήνη να δείχνει το ίδιο «πρόσωπο» προς τη Γη.
Οι βραχώδεις πλανήτες, που περιφέρονται γύρω από ερυθρούς νάνους αστέρες, είναι ιδιαίτερα ευαίσθητοι στο παλιρροιακό κλείδωμα, επειδή τα συστήματα ερυθρών νάνων τείνουν να μειώνονται και οι πλανήτες είναι συχνά πολύ κοντά στους αστέρες τους. Παρά την εγγύτητά τους με το άστρο τους, αυτοί οι κόσμοι μπορεί να βρίσκονται στην κατοικήσιμη ζώνη – τη σωστή απόσταση όπου μπορεί να φιλοξενήσει υγρό νερό στην επιφάνειά του – επειδή οι κόκκινοι νάνοι είναι δροσεροί, με επιφανειακές θερμοκρασίες περίπου 3.500 μέχρι 2.000 βαθμούς Κελσίου, πιο δροσεροί από τον Ήλιο.
Αυτοί οι πλανήτες περιφέρονται γύρω από το άστρο τους σε λίγες μέρες, γεγονός που τους κάνει επιρρεπείς να εγκλωβιστούν βαρυτικά με τον αστέρα τους. Ωστόσο, αυτό το λεγόμενο παλιρροιακό κλείδωμα δεν σημαίνει ότι το ημισφαίριο ενός πλανήτη βρίσκεται σε σταθερό φως της ημέρας και η μακρινή πλευρά βρίσκεται υπό συνεχή νύχτα. Κατά συνέπεια, η κατοικιμότητα ενός τέτοιου πλανήτη εξαρτάται επίσης από την ικανότητα του πλανήτη να αναδιανέμει τη θερμότητα από την ημέρα στη νύχτα, έτσι ώστε οι συνθήκες να μην γίνονται πολύ ζεστές ή πολύ κρύες.
Με συναδέλφους αστρονόμους στο Πανεπιστήμιο του Τορόντο, η Macdonald μοντελοποίησε έναν τέτοιο υποθετικό κόσμο σε δύο διαμορφώσεις: μια με μια κυκλική ήπειρο στο υποαστρικό σημείο (ακριβώς κάτω από τον αστέρα) στην άκρη της ημέρας που περιβάλλεται από ωκεανό, και μια με έναν κυκλικό ωκεανό στο υποαστρικό σημείο που περιβάλλεται από ξηρά. Η ποσότητα της ξηράς και του ωκεανού σε κάθε διαμόρφωση μεταβλήθηκε στη συνέχεια για να δούμε πώς θα επηρεάσει το κλίμα του πλανήτη. Τα μοντέλα έδειξαν ότι η μέση παγκόσμια θερμοκρασία σε έναν παλιρροιακά κλειδωμένο κόσμο εξαρτάται περισσότερο από την έκταση της ξηράς παρά από τη θέση της. Στην προσομοίωση, πλανήτες με παρόμοιο κλάσμα ξηράς, είτε σε μια κεντρική υποαστρική ήπειρο είτε γύρω από έναν υποαστρικό ωκεανό, είδαν τις μέσες θερμοκρασίες της επιφάνειας να αυξάνονται έως και 20 βαθμούς Κελσίου.
Επιπλέον, όσο μεγαλύτερη είναι η έκταση της ξηράς, τόσο πιο ζεστή είναι η ημέρα και τόσο ξηρότερη είναι η ατμόσφαιρα του πλανήτη. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η παρουσία περισσότερης ξηράς σημαίνει ότι υπάρχουν λιγότερα επιφανειακά νερά προς εξάτμιση στην ατμόσφαιρα, γεγονός που οδηγεί επίσης σε λιγότερες βροχοπτώσεις. «Έτσι η γη έχει κλίμα ερήμου», είπε η Macdonald στο Space.com.
Γενικά, η Macdonald διαπίστωσε ότι «οι πλανήτες με τις υψηλότερες παγκόσμιες μέσες θερμοκρασίες επιφάνειας και τους πιο ατμοσφαιρικούς υδρατμούς έχουν ωκεανούς στο κέντρο της ημέρας τους και προσγειώνονται στα ψυχρά μέρη του πλανήτη». Οι αυξημένοι ατμοσφαιρικοί υδρατμοί οδηγούν σε περισσότερα σύννεφα και, δεδομένου ότι οι υδρατμοί είναι αέριο του θερμοκηπίου, δίνουν στην ατμόσφαιρα μεγαλύτερη ικανότητα να απορροφά και να μεταφέρει θερμότητα στη νυχτερινή πλευρά του πλανήτη. Δεδομένου ότι ένας από τους επιστημονικούς στόχους του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb είναι να αναλύσει τις ατμόσφαιρες των κοντινών επίγειων εξωπλανητών για να προσπαθήσει να προσδιορίσει εάν κάποιος από αυτούς θα μπορούσε να είναι δυνητικά κατοικήσιμος, αυτή η νέα έρευνα θα βοηθήσει στον περαιτέρω χαρακτηρισμό αυτών των πλανητών και θα μας πει εάν είναι πιθανόν να είναι πιο ξηροί κόσμοι της ερήμου ή πλανήτες ξηράς και θάλασσας.
Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο τεύχος Ιουνίου 2022 του περιοδικού Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Περισσότερα εδώ.
