О радиусах обитаемых планет

3:38 20/01/2018
👁 208

exoplanets экзопланеты

Условия, при которых планету можно считать обитаемой, нам пока доподлинно не известны. Однако мы уже сейчас с гораздо большей уверенностью можем судить об условиях, при которых планета с большой вероятностью обитаемой не является. Формуулирование таких условияй позволит ограничить круг планет для более подробного исследования. Y. Alibert из организации с красивым названием «Center for Space and Habitability» (Швейцария, Берн) представил исследование вопроса о предельном радиусе (не)обитаемой планеты. Точнее, исходя из предположения, что необходимым условием долговременной заселённости планеты является наличие углеродного цикла, он вывел радиус, при превышении которого планета с высокой вероятностью не является обитаемой. Планета при этом должна удовлетворять двум ограничениям: возможность существования на поверхности жидкой воды и невозможность существования донного ледяного слоя на поверхности предполагаемого глобального океана.

Идея состоит в следующем: обитаемость планеты обеспечивается (среди прочего) стабилизирующим воздействием углеродного цикла. Его ключевое процесс — эрозия силикатов и их преобразование в карбонаты в процессе взаимодействия атмосферного CO2, растворённого в воде, и каменистой поверхностью планеты. Карбонаты оседают на дно океанов, попадают в зоны субдукции и переносятся в высокотемпературные области мантии планеты. Цикл замыкается, когда карбонаты разлагаются при высоких температурах с выделением CO2, который через вулканы попадает обратно в атмосферу.

Стабилизирующий эффект C-цикла связан с тем, что эффективность эрозии силикатов зависит от температуры, а температура зависит от парникового эффекта, связанного с CO2. Если температура поверхности уменьшается, расход CO2 на эрозию силикатов сокращается, тогда как его поступление в атмосферу через вулканы продолжается. Концентрация СО2 в атмосфере повышается, что приводит к росту температуры. При повышении поверхности температуры ускоряется эрозия силикатов, в результате чего снижается атмосферная концентрация углекислого газа. Ослабление парникового эффекта снижает температуру.

Эрозия силикатов требует непосредственного контакта между углекислым газом, растворённым в океанах или присутствующим непосредственно в атмосфере, и каменистой оболочкой планеты. Богатые водой планеты должны быть покрыты обширными океанами. При превышении критического радиуса давление на дне океана столь велико, что там образуется слой льда высокого давления (лёд VII), который перекрывает возможность поглощения СО2 мантией планеты. В результате стабилизирующий углеродный цикл не работает.

Внутреннее строение планеты в модели описывается пятью слоями: ядро, внутренняя мантия, внешняя мантия, океан и атмосфера. Показано, что для «сверхземель» (1-12 масс Земли) максимальный радиус заключён в пределах от 1.7 до 2.2 радиусов Земли. С повышением отношения Fe/Si предельный радиус уменьшается.

Источник

Добавить комментарий