61
Термін «зона проживання» є широким визначенням, яке служить меті в наш час відкриттів екзопланет. Але чим більше ми дізнаємося про екзопланети, тим більше нам потрібно більш тонке визначення населених планет. Нові дослідження показують, що рослинність може збільшити придатну для життя зону на будь-якій екзопланеті, де живе рослинне життя.
Кожен об’єкт у Сонячній системі має альбедо. Це вимірювання того, скільки зоряного світла об’єкт відбиває назад у космос. У нашій Сонячній системі супутник Сатурна, Енцелад, має найвище альбедо через свою гладку замерзлу поверхню. Його альбедо становить близько 0,99, тобто приблизно 99% сонячної енергії, яка досягає його, відбивається назад у космос.
У космосі багато темних об’єктів з низьким альбедо. Деякі кажуть, що інший із супутників Сатурна, Япет, має найменше альбедо. Земля, єдина жива планета, має альбедо приблизно 0,30, тобто вона відбиває 30% сонячного світла, яке досягає її, назад у космос. Багато факторів впливають на альбедо. На альбедо Землі впливають такі речі, як кількість льодового покриву, хмарність в атмосфері, наземний покрив порівняно з океанським покривом і навіть рослинність.
Ми живемо в епоху відкриття екзопланет. Зараз ми знаємо про понад 5000 підтверджених екзопланет, і ще багато на шляху. Хоча всі планети цікаві з наукової точки зору, ми особливо зацікавлені в екзопланетах, які потенційно придатні для життя.
Команда італійських дослідників вивчає життєздатність екзопланети через призму рослинності та альбедо. Їхня робота міститься в статті, прийнятій для публікації в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society під назвою «Вплив альбедо рослинності на придатність для життя екзопланет, подібних до Землі». Провідний автор — Еріка Бісезі, науковий співробітник астрономічної обсерваторії Трієста Італійського національного інституту астрофізики.
«Рослинність може змінювати альбедо поверхні планети за допомогою механізму Чарні, оскільки рослини зазвичай темніші за оголену поверхню континентів», — пишуть дослідники у своїй статті. Порівняно з мертвою планетою з оголеними континентами, екзопланета з рослинним покривом має бути теплішою, якщо вони обидві знаходяться на однаковій відстані від схожих зірок.
Механізм Чарні названий на честь Джуля Чарні, американського метеоролога, якого багато хто вважає батьком сучасної метеорології. Це зв’язок між рослинним покривом і тим, як він впливає на кількість опадів. У своїй роботі дослідники оновили земну модель температури поверхні, щоб включити два типи динамічно конкуруючої рослинності: луки та ліси, з лісами, включеними в розсаду та зрілу стадію.
«Що стосується світу з голими гранітними континентами, ефект зворотного зв’язку рослинності та альбедо полягає в підвищенні середньої температури поверхні», — пояснюють автори. «Оскільки трави та дерева мають різне альбедо, вони різною мірою впливають на температуру».
Оскільки трави та дерева по-різному впливають на альбедо, вплив рослинності на планетарне альбедо пов’язаний із результатом їхньої динамічної конкуренції. «Зміна альбедо через рослинність розширює придатну для життя зону та покращує загальну придатність для проживання планети за її традиційний зовнішній край», — пишуть автори.
Дослідники розглянули чотири ситуації:
- Повне домінування дерев (лісові світи).
- Повне домінування трави (лугові світи).
- Співіснування дерева/трави.
- Двонаправлені світи
У двонаправленому світі рослинність конвергує до луків або до лісу, залежно від початкових фракцій рослинності. У цих світах поширення насіння по широтах розширює регіон, де співіснують ліси та луки.
Дослідники виявили, що рослинний покрив знижує альбедо планети та нагріває клімат, зсуваючи зовнішню межу зони проживання. Однак вони також прийшли до більш конкретних результатів.
Вони виявили, що результат динамічної конкуренції між деревами та травами вплинув на розподіл рослинності по широтах. «Досягнутий температурно-рослинний стан не нав’язується, а випливає з динаміки рослинно-кліматичної системи», — пояснюють вони.
Дослідники працювали з ідеєю «псевдо-Землі». Псевдо-Земля має постійну частку океанів на всіх діапазонах широти, що впливає на розподіл континентів і рослинних поверхонь відносно екватора, куди потрапляє більша частина сонячної енергії. планета.
Дослідники також працювали з гіпотетичною сухою псевдоземлею. На цій Землі океанський покрив обмежений 30%, тоді як Земля та псевдо-Земля мають 70% океанічного покриву.
Команда дійшла деяких висновків щодо рослинного покриву, альбедо та життєздатності.
Чим більше на планеті континентів, тим сильніший ефект потепління клімату від рослинності. Коли моделювання призвело до створення світу, де домінувала трава, ефект був слабшим, оскільки трава підвищує альбедо. Коли моделювання призвело до створення світу, де переважали ліси, ефект був більшим.
Ключова думка дослідників полягає в тому, що все це не є статичним. Результати визначаються конкуренцією між луками та лісами за ресурси, яка, своєю чергою, визначається середньою температурою в кожній смузі широт. «Загалом, таким чином, досягнутий температурно-рослинний стан не нав’язаний, а випливає з динаміки рослинно-кліматичної системи», – пояснюють вони.
Особливо це виражено на сухій псевдоземлі. Оскільки земний покрив дуже великий, рослинність ще сильніше впливає на альбедо та клімат. «Однак частка океану не може бути занадто малою, оскільки в цьому випадку весь гідрологічний цикл може бути змінений», — додають дослідники. Загалом вплив рослинності на альбедо та клімат невеликий. Але ми не можемо відкинути його вплив на життєздатність.
Це питання дуже складне. Наприклад, на планеті, де луки та ліси співіснують, зовнішні фактори, такі як світність зірок і коливання орбіти, можуть бути буферизовані залежно від того, де знаходяться континенти та наскільки їхня рослинність впливає на альбедо виключно через розташування.
Автори вважають свою роботу основним першим кроком у цьому питанні. Вони включали лише певні типи луків і лісів, не включали відносну доступність води та не включали концентрації CO 2 в атмосфері.
«Динаміка, досліджена тут, надзвичайно спрощена і є лише першим кроком в аналізі взаємодії рослинності та життєздатності». вони пишуть. «Майбутня робота також включатиме спрощену модель балансу вуглецю у вивченні планетарної населеності».
«Цю спробу слід розглядати як перший крок дослідницької програми, спрямованої на включення основних зв’язків між кліматом і рослинністю, відомих на Землі, в оцінку екзопланетної життєздатності», – пишуть вони.
