Ученые провели комплексное моделирование климатических условий на TRAPPIST-1e и TRAPPIST-1f — двух наиболее значимых экзопланетах системы TRAPPIST-1, находящейся на расстоянии около 41 светового года от нас. Данные объекты считаются одними из главных претендентов на наличие условий, пригодных для возникновения жизни, однако их реальное физическое состояние пока остается предметом острых дискуссий.
Оба небесных тела расположены в непосредственной близости к своей родительской звезде — тусклому красному карлику спектрального класса M — и, по всей вероятности, находятся в состоянии приливного захвата. Это означает, что планеты всегда обращены к светилу одной и той же стороной, из-за чего на них царит вечный день с одной стороны и бесконечная ночь — с другой. Между этими зонами пролегает пограничная область, называемая «терминатором», где теоретически могут поддерживаться наиболее комфортные условия для жизни.
Традиционно для оценки климата таких миров применяются глобальные модели циркуляции атмосферы (GCM). Они всесторонне охватывают физические процессы, включая перенос тепла, динамику газовых оболочек и радиационный баланс. Однако такие вычисления требуют колоссальных аппаратных мощностей, что исключает возможность массового перебора множества гипотетических вариантов.
В качестве эффективной альтернативы выступают энергетические балансовые модели (EBM), рассматривающие планету как систему с уравновешенным притоком и оттоком энергии. Несмотря на отсутствие детальной проработки атмосферных течений, они позволяют оперативно рассчитывать температурный профиль объекта.
В недавнем исследовании астрофизик Джейкоб Хакк-Мисра из института Blue Marble Space задействовал адаптированную модель HEXTOR (Habitable Energy balance model for eXoplaneT ObseRvations). Для учета особенностей синхронного вращения он заменил стандартную географическую широту на долготу, что позволило точнее симулировать теплообмен между дневным и ночным полушариями.
Для достижения высокой достоверности инструмент откалибровали по результатам масштабных симуляций GCM, проведенных в рамках проекта THAI (TRAPPIST-1 Habitable Atmosphere Intercomparison). В ходе проверки HEXTOR успешно воспроизвел среднюю глобальную температуру TRAPPIST-1e (около 240,8 Кельвина), подтвердив точность своих предсказаний в сравнении с более «тяжелыми» вычислительными комплексами.
Затем ученый выполнил серию из 6300 симуляций, варьируя интенсивность звездного излучения и концентрацию углекислого газа, чтобы охватить максимально широкий спектр климатических состояний.
Выяснилось, что для TRAPPIST-1e наиболее вероятен «прохладный» сценарий, при котором дневная сторона может прогреться до состояния, свободного ото льда, лишь при повышении парциального давления CO2 до 0,1 бара. При меньших концентрациях парниковых газов планета остается холодной, хотя и не обязательно превращается в ледяной шар.
Планета TRAPPIST-1f продемонстрировала еще более суровый режим: практически во всех смоделированных ситуациях она остается «снежным миром», где даже освещенная сторона покрыта снегом и льдом. Чтобы поверхность полностью оттаяла, необходимо давление CO2 более 1 бара, что эквивалентно наличию крайне плотной и насыщенной парниковыми газами атмосферы.
Автор исследования подчеркивает, что HEXTOR не претендует на создание окончательной картины обитаемости данных миров. Его предназначение — выступать в роли «интеллектуального фильтра», отсеивающего менее перспективные варианты и фокусирующего внимание на сценариях, требующих дальнейшего изучения с помощью высокоточных моделей.
Таким образом, формируется многоуровневая стратегия анализа: упрощенные вычисления служат «разведкой», подготавливая почву для детального тестирования через GCM. Это крайне важно для таких систем, как TRAPPIST-1, где каждая новая гипотеза требует огромных ресурсов для подтверждения с помощью наблюдений, в частности, посредством данных орбитальной обсерватории «Джеймс Уэбб».
Источник: iXBT
