Kā NASA eksoplanetu modelēšanas programmatūra simulēja apstākļus uz Zemes-Twin Proxima B

Pagājušajā nedēļā Zeme pamodās uz ziņām, ka tai ir dvīņi, kas riņķo ap Proksimu Kentauri, sarkano punduru zvaigzni un Saules tuvāko kaimiņu, kas atrodas tikai 4,24 gaismas gadu attālumā. Proksima b, kā sauc šo dvīņu planētu, ir nedaudz lielāka par Zemi un riņķo ap savu zvaigzni ik pēc 11 dienām attālumā, kas ir tikai 1/20 no Zemes no Saules.

Bet, tā kā Proxima Centauri ir daudz mazāk gaismas nekā saule, Proxima b labi atrodas tā sauktajā apdzīvojamā zonā, kurā uz tās virsmas varētu būt šķidrs ūdens. Tas izraisīja detalizētas spekulācijas par to, kāda varētu būt Proxima b virsma un cik iespējams, ka šie apstākļi varētu uzturēt dzīvību.

Taču NASA ir programmatūras modelēšanas rīks Vplanet, kas modelē apstākļus uz eksoplanetām, pamatojoties uz to, kas ir zināms par tām, to galveno zvaigzni un planētu evolūcijas procesiem. Pēc tam Vplanet prognozē iespējamos apstākļus uz virsmas un prognozē, vai planēta ir apdzīvojama.

Šodien Rorijs Bārnss un draugi NASA Astrobioloģijas institūtā saka, ka ir ļāvuši VPlanet apkopot datus, kas savākti par Proxima b. Tas ļāva viņiem paredzēt iespējamos apstākļus uz Proxima b.

VPlanet sākas, sadalot problēmu, kas saistīta ar eksoplanetu apdzīvojamības noteikšanu, deviņos atsevišķos uzdevumos, no kuriem katrs pēta atšķirīgu planētu evolūcijas aspektu. Piemēram, vienā uzdevumā aplūkota galvenās zvaigznes evolūcija, lai noskaidrotu, kā, piemēram, spilgtuma izmaiņas būtu ietekmējušas planētas tiešo vidi. Cits skatās uz šīs zvaigžņu sistēmas kustību pa galaktiku, meklējot ciešas tikšanās, kas varētu būt ietekmīgas.

Vēl viens modulis pēta siltuma pārnešanu no planētas kodola uz virsmu, lai noskaidrotu, kā tas būtu ietekmējis temperatūru uz virsmas. Un vēl viens simulē veidu, kā planētas atmosfēra varētu būt izkļuvusi kosmosā un cik daudz tās paliktu vietā šodien. Un tā tālāk.

Šī modelēšanas procesa rezultāti rada interesantu lasīšanu. Viens no veidiem, kā prognozēt sarežģītas situācijas, ir vairākas reizes palaist simulāciju, lai noskaidrotu, vai tās parasti nonāk vienā un tajā pašā vietā. VPlanet izmanto šo paņēmienu, lai modelētu garām ejošo zvaigžņu ietekmi uz Proxima b orbītu, nejauši izvēloties saprātīgus orbītas parametrus 10 000 dažādām simulācijām. Katrā gadījumā komanda apturēja simulāciju, kad Proxima b orbīta kļuva nestabila.

Tas notika aptuveni 15 procentos izmēģinājumu. Tas ir svarīgi, jo šāda veida nestabilitātei būtu milzīga ietekme uz planētas apdzīvojamību.

VPlanet arī secināja, ka, ja Proxima b veidojas pašreizējā attālumā no tās zvaigznes, tai jābūt bloķētai plūdmaiņas laikā. Citiem vārdiem sakot, tas savai zvaigznei nepārtraukti parāda to pašu seju, tāpat kā mēness Zemei. Tas liktu vienai planētas pusei vārīties karstai, bet otrai kļūt stindzinoši aukstai. Tas būtu dzīvei nepiemērots.

Tomēr ir brīdinājums. Ja planētas atmosfēra ir pietiekami bieza, lai efektīvi transportētu siltumu ap planētu, temperatūra būtu daudz patīkamāka un Proxima b joprojām varētu būt apdzīvojama, kamēr tā ir bloķēta.

Protams, planēta, iespējams, ir migrējusi uz savu pašreizējo attālumu no kaut kur citur, un tādā gadījumā tā nebūtu bloķēta.

Proxima b atmosfēras stāvoklis ir vēl viena būtiska problēma. Šajā sakarā VPlanet simulē daudzus potenciālos scenārijus, sākot no pieņēmuma, ka planēta sāka dzīvi ar bagātīgu ūdens piegādi, kas vairākas reizes pārsniedz Zemes daudzumu. Šādos apstākļos VPlanet prognozē, ka lielākā daļa ūdens sadalās un iegūtais ūdeņradis izplūst kosmosā. Ja Proxima b veidojās ar ūdens saturu, kas mazāks par desmit reizēm pārsniedz Zemes ūdens saturu un/vai tajā bija pastāvīga konvekcija, samazinot magmas okeānu, šodien tā, visticamāk, ir izžuvusi, norāda komanda.

Ir vēl viena iespēja - ka Proxima b bija ūdeņraža apvalks, kas izplūst kosmosā, vienlaikus saglabājot ūdeni uz virsmas. Šajā gadījumā Proxima b šodien būtu apdzīvojama, lai gan Bārnss un citi nevar noteikt, cik iespējams, tas ir.

Īsāk sakot, Vplanet liek domāt, ka Proxima b pašlaik varētu pastāvēt plašā iespējamo stāvokļu klāstā, no kuriem daži varētu atbalstīt dzīvību, bet citi to nedarītu. Bārnss un co secina, ka Proxima b varētu būt Venērai līdzīga, izžuvusi, karsta un dzīvei nederīga; tas varētu būt Neptūnam līdzīgs, ko ieskauj ūdeņraža apvalks, kas padarītu virsmu pārāk karstu, lai tā būtu apdzīvojama.

VPlanet arī prognozē, ka Proxima b varētu būt tik bagāts ar skābekli, ka tas būtu aizkavējis dzīvības attīstību - skābeklis, protams, ir ļoti reaģējošs un spēcīgs oksidētājs.

Bet aizraujošākā prognoze ir tāda, ka Proxima b ir līdzīga Zemei ar šķidru ūdeni un dzīvībai labvēlīgu atmosfēru. Tādā gadījumā, Bārnss un kolēģi saka, tas izskatītos kā gaiši purpursarkans punkts, kad mēs to beidzot novērojam.

Tas ir nedaudz pārsteidzoši, ņemot vērā to, ka tās mātes zvaigzne ir sarkans punduris, bet ne tik ļoti atšķiras no Zemes izskata kā gaiši zils punkts, ja kāds no Proxima b skatās šādi.

Protams, astrobiologiem tagad ir nepieciešams vairāk datu. Proksima b noteikti kļūs par visvairāk pētīto planētu ārpus mūsu Saules sistēmas. Nākamās paaudzes kosmosa teleskopi radīs tik ļoti nepieciešamo informāciju par šo jautājumu. Viņu apkopotie dati palīdzēs samazināt iespējamo evolūcijas trajektoriju diapazonu, ko Proxima b varēja veikt.

Galvenās no šīm observatorijām ir Džeimsa Veba kosmiskais teleskops, ko paredzēts palaist 2018. gadā, un plaša lauka infrasarkano staru izpētes teleskops, ko paredzēts palaist 2020. gadu vidū. Nākamās paaudzes uz zemes izvietotajiem teleskopiem, kuru diametrs būs vairāk nekā 30 metri, arī vajadzētu spēt saskatīt Zemes dvīņu.

Šie instrumenti spēs veikt Proxima b atmosfēras spektrogrāfiskos pētījumus, meklējot skābekļa, metāna, oglekļa dioksīda un ūdeņraža mājienus. Tas varētu dot mājienu par to, vai apstākļi tur ir labvēlīgi dzīvībai. Kādu dienu Zeme var pat pamosties no ziņām, ka astronomi ir atklājuši okeāna mirdzumu — zvaigžņu gaismu, kas planētai griežoties atstaro jūras ūdeni. Cik tas būtu aizraujošs brīdis.

Atsauce: arxiv.org/abs/1608.06919 : Proxima Centauri apdzīvojamība b I: Evolutionary Scenarios; arxiv.org/abs/1608.08620 : Proxima Centauri b II apdzīvojamība: Vides stāvokļi un novērojumu diskriminējošie faktori

paslēpties