Новая модель поможет обнаружить углеродный цикл на экзопланетах

Иллюстрация: NASA

Как известно, при стабильных температурах жизнь процветает. На Земле этому способствует углеродный цикл. Ученые из Нидерландского института космических исследований (НИКИ), Амстердамского свободного университета и Университета Гронингена разработали модель, предсказывающую наличие углеродного цикла на экзопланетах на основе массы, размера ядра и количестве углекислого газа (CO2).

Во время поисков жизни на планетах вне Солнечной системы у астрономов нет возможности посмотреть на подробные снимки того, что на них происходит. Современные телескопы не обладают разрешением, необходимым для проведения таких исследований — экзопланеты слишком малы и находятся от нас слишком далеко. Тем не менее атмосфера планеты отображает достаточно информации в спектре звёздного света, проходящего через неё. И вот спектрального разрешения наших телескопов уже достаточно для расшифровки этих данных. Таким образом, учёные могут определить, какие материалы содержатся в экзопланетных атмосферах.

CO2 представляет большой интерес в контексте поисков жизни из-за увлажняющего эффекта, оказываемого углеродным циклом на потепление и похолодание. Благодаря именно этому циклу, на Земле сохраняется температура, пригодная для жизни, хоть Солнце и стало на 20% ярче за последний миллиард лет.

Ученые из Нидерландов разработали модель, связывающую размер ядра и массу экзопланеты с объемом CO2 в её атмосфере при условии наличия углеродного цикла. Таким образом, при вычислении этих трёх факторов для экзопланеты при помощи телескопа, модель может показать, имеется ли на той круговорот углерода. Масса планеты и размер её ядра — важные переменные из-за того, насколько сильный эффект они оказывают на тектонику плит, в свою очередь играющую ключевую роль в углеродном цикле.

Круговорот углерода оказывает увлажняющий эффект на изменения температуры, так как при нагревании планета впитывает больше CO2, что приводит к парниковому эффекту. При охлаждении же происходит обратное. Первый этап цикла — выветривание: камни вступают в реакцию с CO2 и дождевой водой, образуя бикарбонат (HCO3). Далее он оседает на морское дно в виде осадочной породы (CaCO3), а малая часть углерода растворяется как остаточный продукт в морской воде. Затем тектоника плит переносит осадочные породы к Земной мантии. В конце концов, вулканы выпускают CO2 из осадочных пород обратно в атмосферу.

Нам неизвестно, существуют ли вообще другие планеты с тектоникой плит и углеродным циклом. В нашей Солнечной системе, единственная планета, на которой мы обнаружили круговорот углерода — это Земля. Мы надеемся, что наша модель поможет обнаружить экзопланету с углеродным циклом, а значит, возможно, и с жизнью.

автор статьи Марк Оостерлоо

Ознакомиться со статьей, описывающей данную модель, можно в журнале Astronomy & Astrophysics.