На ряде крупных недавно открытых планет сложная жизнь сможет существовать в 50 раз дольше, чем ей осталось на Земле.
Исследователи из США и Великобритании смоделировали, насколько отличаются температурные режимы землеподобных планет в зоне обитаемости на протяжении их жизни. В результате выяснилось, что чем больше планета, тем дольше на ней может поддерживаться жизнь. Если на Земле сложная жизнь закончится через, самое большое, 1,35 миллиарда лет, то на типичной крупной экзопланете у красного карлика она может существовать более 60 миллиардов лет. Соответствующая статья принята к публикации в Astrobiology, а с её текстом можно ознакомиться на сервере препринтов Корнеллского университета.
Авторы рассчитали температурный режим для твёрдых планет размером от 0,5 радиуса Земли (~Марс) до 2,0 радиуса Земли (в нашей системе таких нет, но в других их много). Оказалось, что чем больше планета, тем дольше в ней удерживается внутреннее тепло от распада радиоактивных элементов в её ядре. Тепла этого недостаточно, чтобы подогреть поверхность, зато его хватает, чтобы держать активными вулканические процессы, постоянно доставляющие углекислый газ наверх, в атмосферу.
https://ru.wikipedia.org
Там этот важнейший парниковый газ поддерживает сравнительно высокую температуру, и чем больше планета, тем более сильный парниковый эффект он даёт ей. Разница, обусловленная этим фактором, может быть довольно значительной. Планеты в 0,5 и 2,0 радиуса Земли на земной орбите в условиях, соответствующих ранней Солнечной системе, будут иметь среднюю температуру, различающуюся на 20 градусов — то есть Марс в таких условиях будет стабильно покрыт льдами, а планета размером с Землю и больше — уже нет.
Однако разные размеры планет имеют значение не только для их обитаемости в период молодости. Оказалось, что чем больше планета, тем дольше на ней может существовать жизнь. Дело в том, что по мере старения звезды её светимость постепенно растёт. Она влияет на углеродный цикл — чем жарче на планете, тем быстрее её горные породы связывают углекислый газ из её атмосферы. По расчётам авторов, для Земли это кончится плохо. Через 830 миллионов лет СО2 станет так мало, что все деревья, строящие из него свою биомассу, погибнут. Часть из травянистых растений может жить при малом количестве CO2, поэтому на некоторое время они переживут деревья, но через 1,35 миллиарда лет погибнут и они. За ними вымрут все животные с людьми, потому что кислород нарабатывать станет некому.
Однако на более крупных планетах всё будет иначе. Там тёплые недра дольше смогут поддерживать большое количество СО2 в воздухе. Будь на месте Земли планета вдвое больше неё, деревья там протянули бы на 140 миллионов лет дольше, чем они смогут просуществовать на нашей Земле, а высшие растения в целом — на 40 миллионов лет дольше.
Особенно повезло тем крупным планетам, что вращаются вокруг долгоживущих звёзд — красных карликов. Скажем, планета GJ 667Cc в 22,7 светового года от нас вращается вокруг красного карлика с расчётным временем жизни 288 миллиардов лет (в десятки раз больше, чем у Солнца). Поскольку планета GJ 667Cc в 1,54 раза больше Земли, то при прочих равных время её обитаемости должно быть не ниже 67 миллиардов лет. Для Земли в Солнечной системе общее время обитаемости не может быть более 6,23 миллиарда лет, то есть в десять с лишним раз меньше.
Работа впервые детально учитывает влияние размера планеты на содержание СО2 в её атмосфере. Благодаря этому она, также впервые, показывает, что целый ряд известных экзопланет, ранее считавшихся непригодными для жизни, на самом деле могут иметь среднюю температуру, близкую к земной. Для той же GJ 667Cc средняя температура на поверхности ранее определялась не выше –30 по Цельсию — а согласно новой работе, она примерно +10 по Цельсию. Учитывая, что средняя температура Земли сегодня всего +15 по Цельсию, GJ 667Cc с климатической точки зрения также может являться вполне обитаемой планетой.