Один скрытый фактор может превратить похожие на Землю планеты в адские пейзажи

Фото из открытых источников

Венера вращается в 60 раз медленнее, чем показывают её облака. Новое исследование предупреждает, что сотни других планет могут ввести нас в заблуждение таким же образом.

Астрономы готовятся изучить сотни планет, похожих на Венеру. Прежде чем они смогут определить, что превратило Венеру в раскаленную печь, в то время как Земля оставалась обитаемой, им необходимо измерить одну основную величину для каждой планеты: скорость ее вращения. В этом измерении легко ошибиться, и сама Венера это доказывает.

Вращение планеты определяет, как тепло от звезды распространяется по её поверхности. Оно формирует направление ветров и, на планете с океанами, влияет на взаимодействие воды и атмосферы. Астрономы, которые изначально используют неверную скорость вращения, могут построить на её основе неточную климатическую модель.

«Люди склонны упускать из виду вращение планет, но оно абсолютно необходимо для понимания климата планеты», — сказал Стивен Кейн из Калифорнийского университета в Риверсайде.

Кейн предостерегает: астрономы, наблюдающие за атмосферой далёкой планеты, могут легко принять скорость её ветров за скорость вращения самой планеты. 

Венера совершает один оборот вокруг своей оси за 243 земных дня. Однако её облака облетают планету примерно за четыре дня. Любой, кто наблюдал бы только за облаками, рассчитал бы скорость вращения, почти в 60 раз превышающую фактическую скорость вращения планеты.

«Именно так люди изначально думали о Венере, — сказал Кейн. — Если просто взглянуть на атмосферу такой планеты, как Венера, можно подумать, что она вращается вокруг своей оси раз в четыре дня, и вы ошибетесь почти на два порядка».

Твердая поверхность Венеры выявляет эту ошибку, поскольку радар может проникать сквозь облака и измерять вращение планеты напрямую. Планеты вокруг других звёзд не предоставляют такого короткого пути. Астрономы не могут увидеть их твёрдые поверхности.

Они должны определить вращение планеты по закономерностям, движущимся в её атмосфере. Затем им нужно выяснить, движутся ли эти закономерности вместе с поверхностью под ними.

Кейн построил модель, показывающую, что бы обнаружил телескоп, если бы астрономы приняли сильные ветры за быстро вращающуюся планету. Один слой движущихся облаков может настолько точно имитировать вращающуюся планету, что с одного ракурса они кажутся идентичными.

Решение заключается в наблюдении за планетой в нескольких диапазонах длин волн, включая инфракрасное излучение, которое проникает в ее атмосферу глубже, чем видимый свет. На Венере скорость ветра уменьшается ближе к поверхности.

Астрономы могли бы сравнить движение атмосферы на разных глубинах и составить карту уменьшения скорости этого движения. Затем они могли бы использовать эту карту для определения вращения твердой планеты под облаками.

Вскоре PLATO предоставит Кейну множество целей для проверки его метода. Миссия Европейского космического агентства будет искать крошечные провалы в свете звезды, которые происходят, когда перед ней проходит планета. Агентство планирует запустить PLATO в марте 2027 года.

В отличие от более ранних миссий по поиску планет, которые проводили быстрые обследования, PLATO будет наблюдать за некоторыми областями неба в течение нескольких лет. Такой подход позволит обнаружить планеты с более длинными орбитами, которые могли бы быть пропущены при более коротких наблюдениях.

Многие из его целей также будут вращаться вокруг ярких, близлежащих звезд. Такие инструменты, как космический телескоп Джеймса Уэбба, смогут детально изучить эти планеты после того, как PLATO их идентифицирует.

В отдельной статье Кейн и трое его коллег использовали ожидаемые результаты миссии PLATO для оценки того, сколько планет, подобных Венере, будет обнаружено в ходе миссии.

Космический аппарат PLATO должен обнаружить от 170 до 280 планет размером от Земли до двукратного её диаметра. Эти планеты будут находиться в температурной зоне, где могут развиться условия, схожие с условиями на Венере. Из этих планет от 40 до 80 должны быть близки по размеру к Земле.

«Мы многое узнали о самой Венере, но нам еще очень многое не ясно о ее истории», — сказала соавтор исследования Эмма Майлз из Калифорнийского университета в Риверсайде. «Кандидаты в экзопланеты типа Венеры, то есть планеты, похожие на Венеру, в других солнечных системах, сыграют огромную роль в заполнении этого пробела в знаниях».

Майлз отметила, что способность PLATO предоставлять контекст может оказаться столь же ценной, как и количество обнаруженных им планет. «Например, PLATO сможет измерять возраст звезд-хозяев, что позволит нам определить, какое место занимает та или иная экзо-Венера в своей собственной эволюционной истории, и более детально изучить границы обитаемости», — сказала она.

В таком контексте совокупность отдельных планет может превратиться в нечто, напоминающее эксперимент. Если большинство планет, подобных Венере, вращаются медленно, как Венера, то эта закономерность будет указывать на то, что вращение способствует возникновению неконтролируемого парникового эффекта.

Однако, если скорость их вращения сильно различается, то объяснение судьбы Венеры, вероятно, кроется в другом.

Та же логика применима и к планетам, которые могут поддерживать жизнь, а не быть засыпанными толстыми облаками. Примерно 24-часовое вращение Земли помогает распределять солнечную энергию по всему земному шару. Оно также приводит в движение океанические и воздушные течения, которые способствуют стабилизации климата.

Планета, вращающаяся значительно медленнее или быстрее, может испытывать трудности с поддержанием жизни на таком же уровне. Поэтому измерение скорости вращения является важной частью определения того, может ли далёкая планета поддерживать жизнь.

Астрономы еще не измерили истинную скорость вращения экзопланеты Венеры. Метод Кейна предлагает способ провести это измерение, как только PLATO определит подходящие цели и станут доступны более мощные телескопы.

«Венера — это огромная загадка, — сказал Кейн. — Чтобы понять её, нам нужно увидеть Венеры в других системах и посмотреть, как они менялись с течением времени». «Вращение — это огромная часть этой головоломки, и нам нужно быть осторожными, чтобы то, что мы считаем измерением, на самом деле не являлось вращением планеты».