Термин «обитаемая зона» — это широкое определение, которое служит определенной цели в наш век открытия экзопланет. Но чем больше мы узнаем об экзопланетах, тем больше нам нужно более тонкое определение обитаемой.
Новые исследования показывают, что растительность может расширить зону обитания на любых экзопланетах, где есть растительная жизнь.
У каждого объекта в солнечной системе есть альбедо. Это мера того, сколько звездного света объект отражает обратно в космос. В нашей Солнечной системе у спутника Сатурна, Энцелада, самое высокое альбедо из-за его гладкой, замерзшей поверхности. Его альбедо составляет около 0,99, что означает, что около 99% энергии Солнца, которая достигает его, отражается обратно в космос.
В космосе много темных объектов с низким альбедо. Некоторые говорят, что у другого спутника Сатурна, Япета, самое низкое альбедо.
Земля, единственная живая планета, имеет альбедо около 0,30, что означает, что она отражает 30% солнечного света, который достигает ее, обратно в космос. На альбедо влияют многие факторы. Такие вещи, как количество ледяного покрова, облака в атмосфере, покров суши против покрова океана и даже растительность, влияют на альбедо Земли.
Мы живем в эпоху открытия экзопланет. Сейчас нам известно более 5000 подтвержденных экзопланет, и еще больше на подходе. Хотя все планеты интересны с научной точки зрения, нас особенно интересуют экзопланеты, которые потенциально пригодны для жизни.
Группа итальянских исследователей изучает обитаемость экзопланет через призму растительности и альбедо. Их работа представлена в статье, которая будет опубликована в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society под названием «Влияние альбедо растительности на обитаемость экзопланет земного типа». Ведущий автор — Эрика Бисези, научный сотрудник-постдокторант в Триестской астрономической обсерватории Итальянского национального института астрофизики.
«Растительность может изменять альбедо поверхности планеты через механизм Чарни, поскольку растения обычно темнее, чем голая поверхность континентов», — пишут исследователи в своей статье. По сравнению с мертвой планетой с голыми континентами, экзопланета с растительным покровом должна быть теплее, если они обе находятся на одинаковом расстоянии от похожих звезд.
Механизм Чарни назван в честь Джула Чарни, американского метеоролога, которого многие считают отцом современной метеорологии. Это обратная связь между растительным покровом и тем, как он влияет на осадки.
В своей работе исследователи обновили модель температуры поверхности Земли, включив в нее два типа динамически конкурирующей растительности: луга и леса, причем леса включены на стадиях прорастания и зрелости.
«Что касается мира с голыми гранитными континентами, эффект обратной связи растительности и альбедо заключается в повышении средней температуры поверхности», — объясняют авторы. «Поскольку травы и деревья демонстрируют разное альбедо, они влияют на температуру в разной степени».
Поскольку травы и деревья по-разному влияют на альбедо, влияние растительности на планетарное альбедо связано с результатом их динамической конкуренции. «Изменение альбедо из-за растительности расширяет обитаемую зону и повышает общую обитаемость планеты за пределами ее традиционного внешнего края», — пишут авторы.
Исследователи рассмотрели четыре ситуации:
- Полное господство деревьев (лесные миры).
- Полное доминирование трав (луговые экосистемы).
- Сосуществование деревьев и трав.
- Двунаправленные миры
В двунаправленном мире растительность сходится к лугам или лесам, в зависимости от начальных фракций растительности. В этих мирах распространение семян по широтам расширяет регион, где леса и луга сосуществуют.
Исследователи обнаружили, что растительный покров снижает альбедо планеты и согревает климат, сдвигая внешнюю границу обитаемой зоны. Однако они также пришли к более конкретным результатам.
Они обнаружили, что результат динамической конкуренции между деревьями и травами повлиял на распределение растительности по широтам. «Достигнутое состояние температуры и растительности не навязывается, а возникает из динамики системы растительности и климата», — объясняют они.
Исследователи работали с идеей «псевдо-Земли». Псевдо-Земля имеет постоянную долю океанов во всех широтных диапазонах, что влияет на распределение континентов и растительных поверхностей относительно экватора, где большая часть энергии Солнца достигает планеты.
Исследователи также работали с гипотетической сухой псевдо-Землей. На этой Земле океаническое покрытие ограничено 30%, в то время как Земля и псевдо-Земля имеют 70% океанического покрытия.
Группа пришла к некоторым выводам относительно растительного покрова, альбедо и пригодности для жизни.
Чем больше континентов на планете, тем сильнее эффект потепления климата от растительности. Когда моделирование приводило к миру с преобладанием травы, эффект был слабее, потому что трава повышает альбедо. Когда моделирование приводило к миру с преобладанием леса, эффект был сильнее.
Ключевой момент исследователей заключается в том, что ничто из этого не статично. Результаты обусловлены конкуренцией между лугами и лесами за ресурсы, которая, в свою очередь, обусловлена средней температурой в каждой широтной полосе. «В целом, таким образом, достигнутое состояние температуры и растительности не навязывается, а возникает из динамики системы растительности и климата», — объясняют они.
Это особенно заметно на сухой псевдо-Земле. Поскольку там так много земного покрова, растительность оказывает еще более сильное влияние на альбедо и климат. «Однако доля океана не может быть слишком малой, так как
«В этом случае может измениться весь гидрологический цикл», — добавляют исследователи.
В целом, влияние растительности на альбедо и климат невелико. Но мы не можем игнорировать ее влияние на обитаемость. Обитаемость определяется множеством факторов.
Эта проблема очень сложна. Например, на планете, где сосуществуют луга и леса, внешние факторы, такие как звездная светимость и орбитальные вариации, могут быть смягчены в зависимости от того, где находятся континенты и насколько их растительность влияет на альбедо исключительно по местоположению.
Авторы рассматривают свою работу как базовый первый шаг в этом вопросе. Они включили только определенные типы лугов и лесов, не включили относительную доступность воды и не включили атмосферный CO2 концентрации.
«Рассматриваемая здесь динамика крайне упрощена и представляет собой лишь первый шаг в анализе взаимодействий растительности и обитаемости», — пишут они. «Будущая работа также будет включать упрощенную модель баланса углерода в изучении обитаемости планет».
«Эту работу следует рассматривать как первый шаг исследовательской программы, направленной на включение основных известных для Земли климато-растительных обратных связей в оценки экзопланетной обитаемости», — пишут они.
