Система TRAPPIST-1, находящаяся на расстоянии 41 светового года от Земли, представляет собой уникальный объект для изучения экзопланет, поскольку в ней вращаются семь подтвержденных планет вокруг тусклой звезды класса M. Две из этих планет — TRAPPIST-1e и TRAPPIST-1f — потенциально находятся в обитаемой зоне. Однако их близость к звезде предполагает, что они, возможно, синхронно вращаются, что вызывает у них постоянные дневные и ночные стороны, разделенные «сумеречной терминатором». Учитывая это, ученые начали разрабатывать модели климата для этих экзопланет, используя новый подход, который значительно сократил вычислительную нагрузку.
МОДЕЛИРОВАНИЕ КЛИМАТА ЭКЗОПЛАНЕТ
Традиционно для моделирования климата экзопланет используются трехмерные модели общей циркуляции (GCM), которые сложны и требуют значительных вычислительных ресурсов. Эти модели рассчитывают такие характеристики, как радиационный перенос и атмосферная динамика, что делает их трудоемкими для анализа множества переменных, таких как количество углекислого газа или солнечной энергии, поступающей на планету.
Однако существуют альтернативные способы. Ученые могут использовать упрощенные модели, известные как модели энергетического баланса (EBM). Эти модели, работающие в одном измерении, не учитывают каждую каплю дождя или порыв ветра, а фокусируются на энергии, получаемой от радиации звезды-хозяина, и той, которая уходит в космос. Сравнение этих двух значений позволяет определить, насколько будет тепло или холодно на планете, при этом требуя значительно меньших вычислительных ресурсов.
ПРИМЕНЕНИЕ НОВОГО МОДЕЛЯ
Доктор Джейкоб Хакк-Мисра выбрал для своей работы конкретную EBM — модель энергетического баланса для экзопланетных наблюдений (HEXTOR). Он модифицировал ее для учета свойств планеты с синхронным вращением, изменив оси координат с широты на долготу. Это позволило ему моделировать непрерывный перенос энергии с дневной стороны планеты на ночную, в отличие от традиционного переноса энергии от экватора к полюсам на планете без синхронного вращения.
Чтобы повысить точность своей модели, доктор Хакк-Мисра откалибровал ее, используя таблицу данных о температуре поверхности, созданную в рамках более ресурсовместной работы GCM для проекта TRAPPIST-1 Habitable Atmosphere Intercomparison (THAI). Это позволило HEXTOR успешно воспроизвести глобальную среднюю температуру 240,8K для TRAPPIST-1e, фактически совпадая с результатами более сложных моделей THAI.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ
С проведенными 6,300 симуляциями, доктор Хакк-Мисра выяснил, что наиболее вероятный сценарий для TRAPPIST-1e — это «холодная» дневная сторона, которая станет «тёплой» только при уровне частичного давления углекислого газа примерно 0,1 бара. В свою очередь, TRAPPIST-1f, вероятно, является планетой с вечным покрытием льдом. Ей потребуется уровень CO2 выше 1 бара, чтобы освободить свою дневную сторону от льда, превратившись в огромную теплицу.
Основной целью модели HEXTOR не было предоставление конечного результата. Она предназначена для определения, какие 6,300 симуляций следует углубить с использованием более сложных GCM. Это сочетание упрощенной модели и более мощных инструментов может направить телескоп James Webb в его дальнейших исследованиях этой уникальной солнечной системы, возможно, обнаружив атмосферу, способную поддерживать жизнь, как мы её знаем.
