Экзопланеты могут скрывать свои атмосферы

Большинство экзопланет, которые мы открыли, вращаются вокруг красных карликовых звезд. Это не потому, что красные карлики какие-то особенные, просто они распространены. Около 75% звезд в Млечном Пути являются красными карликами, поэтому можно было бы ожидать, что красные карликовые планеты будут самыми распространенными. Это также означает, что большинство пригодных для жизни миров будут вращаться вокруг этих маленьких, холодных звезд, и это имеет некоторые существенные последствия для наших поисков жизни. 

Для начала, любой потенциально обитаемый красный карликовый мир должен будет вращаться по орбите своей звезды близко, просто чтобы быть достаточно теплым для таких вещей, как жидкая вода. Система TRAPPIST-1, о которой я говорил вчера, является хорошим примером этого. Три потенциально обитаемые планеты системы вращаются на орбите на малой доле расстояния между Меркурием и Солнцем. Это означает, что они подвержены риску таких вещей, как звездные вспышки, но это также означает, что они почти наверняка приливно заблокированы.

Приливный захват происходит, когда планета или луна находится так близко к своему спутнику, что приливные силы заставляют ее вращение синхронизироваться с ее орбитальным движением. Когда планета приливно захвачена, одна ее сторона всегда обращена к своей звезде, а другая сторона вечно находится во тьме.

Как вы можете себе представить, это означало бы, что теплая сторона поджаривается, а другая замерзает. Это правда, если только планета не имеет хорошую атмосферу. С богатой водой, похожей на земную, атмосферой тепло могло бы перемещаться между дневной и ночной сторонами. Погода была бы странной в таком мире, но приливно-открытый мир мог бы быть обитаемым, с довольно ровными температурами дневной и ночной сторон.

Наблюдение за атмосферами планет, находящихся в приливном захвате, — сложная задача, но у астрономов есть трюк, позволяющий узнать, существует ли атмосфера. Вместо того чтобы пытаться захватить спектры атмосферы, они могут просто измерить температуру поверхности планеты на противоположных сторонах.

Итак, посмотрите на звезду, когда планета движется перед ней, чтобы определить температуру темной стороны, и посмотрите на нее снова, когда планета движется позади звезды, чтобы получить температуру светлой стороны. Если темная и светлая стороны имеют резко различающиеся температуры, то у нее не должно быть атмосферы. Легко и просто. Но новое исследование показывает, что это не обязательно так. Статья опубликована на сервере препринтов arXiv.

В этой статье авторы утверждают, что облака на темной стороне мира могут исказить наши данные. Чтобы показать это, они рассмотрели приливно-замкнутый мир с толстой атмосферой. На основе их моделей атмосфера будет сдерживать глобальные температуры на планете, так что дневная сторона будет всего на несколько десятков градусов теплее темной стороны. Это похоже на дневные и ночные экстремальные температуры в сухом регионе на Земле. Хотя сдвиг температуры и умеренный, его будет достаточно, чтобы вызвать образование толстых облаков на темной стороне.

В этом сценарии дневная сторона была бы в основном безоблачной, и мы бы измеряли теплую температуру поверхности планеты. Но с облачной темной стороной мы бы измеряли температуру верхнего слоя облаков, который был бы намного холоднее. Таким образом, даже несмотря на то, что температура поверхности планеты довольно однородна, она, по-видимому, имеет экстремальный температурный сдвиг, как в безвоздушном мире. Авторы продолжают рассматривать, как наблюдения с JWST могут различать облачные планеты и планеты без атмосферы , но ясно, что один простой трюк в поиске обитаемых планет не совсем так прост.