Вселенная сегодня изучил важность изучения ударных кратеров, поверхностей планет, экзопланет, астробиологии, физики Солнца и комет, а также то, чему эти фантастические научные области могут научить исследователей и любителей космоса в отношении поиска жизни за пределами Земли. Здесь мы обсудим, как планетарные атмосферы играют ключевую роль в лучшем понимании нашей Солнечной системы и за ее пределами, в том числе, почему исследователи изучают планетарные атмосферы, преимущества и проблемы, чему планетарные атмосферы могут научить нас в поиске жизни за пределами Земли и как будущие студенты могут это сделать. продолжить изучение планетных атмосфер. Итак, почему так важно изучать атмосферы планет?
Доктор Брайан Тун, профессор и научный сотрудник кафедры атмосферных и океанических наук Университета Колорадо, Боулдер, рассказывает: Вселенная сегодня«Есть много причин для изучения планетных атмосфер. Например, мы думаем, что в ранней истории Солнечной системы Солнце было намного тусклее, однако Земля и Марс были такими же теплыми или теплее, чем сейчас. Как это возможно? Венера и Марс имеют атмосферу с преобладанием углекислого газа с большим количеством CO2 в вертикальном столбе, чем на Земле. Однако один из них холоднее Земли, а другой теплее. Хотя Венера расположена ближе к Солнцу, ее облака отражают так много света, что на ней фактически меньше солнечного света, чем на Земле, но ее поверхность достаточно теплая, чтобы расплавить свинец. Как это возможно? Нам необходимо понять другие атмосферы, чтобы понять прошлое и будущее Земли».
Помимо Земли, Венеры и Марса, к другим планетным телам нашей Солнечной системы, обладающим атмосферой, относятся Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, карликовая планета Плутон и крупнейший спутник Сатурна Титан, единственный спутник Солнечной системы с плотной атмосферой. атмосфера. Формирование и эволюцию этих атмосфер — это то, что ученые пытаются лучше понять с помощью компьютерных моделей, которые часто сочетаются с данными, полученными наземными или космическими телескопами. Благодаря этому ученые узнали и продолжают узнавать многое об атмосферах этих интригующих и загадочных миров, населяющих нашу Солнечную систему. Но даже несмотря на все инструменты и технологические достижения, каковы преимущества и проблемы изучения планетных атмосфер?
«Те же климатические модели, которые использовались для Земли, теперь используются и для других планет, таких как Марс», — рассказывает д-р Тун в интервью Universe Today. «Когда модели на Земле терпят неудачу, возникает соблазн заставить их соответствовать земным данным, а не исправлять физику и химию в моделях. Примеры с других планет заставляют нас искать ошибки в моделях Земли или в нашем понимании того, как работают модели климата Земли».
Планетарные атмосферы в нашей Солнечной системе варьируются от серной кислоты и углекислого газа (Венера) до углекислого газа (Марс), водорода и гелия (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун) и азота и метана (Титан и Плутон). Несмотря на серную кислоту в атмосфере Венеры, прошлые исследования постулировали возможность того, что на больших высотах Венеры потенциально есть ингредиенты для поддержания жизни в том виде, в котором мы ее знаем. Таким образом, эти уникальные миры могут дать представление о том, что ученые могут найти за пределами нашей Солнечной системы, известные как экзопланеты. Но что изучение атмосфер планет в нашей солнечной системе может рассказать нам об атмосферах экзопланет?
Доктор Тун рассказывает Вселенная сегодня«Мы ожидаем широкий спектр экзопланетных атмосфер, некоторые из которых настолько горячие, что, вероятно, идут дождь из металлов. Даже в Солнечной системе есть планеты, из которых вытекает дождь из сжиженного природного газа. Итак, планеты Солнечной системы являются аналогами экзопланет, но определенно существуют экзопланеты, сильно отличающиеся от планет Солнечной системы».
Поскольку расстояние до экзопланет колеблется от нескольких световых лет до сотен световых лет, для изучения их атмосфер требуются чрезвычайно мощные инструменты. Одним из примеров является космический телескоп НАСА Джеймса Уэбба (JWST), который исследовал атмосферы нескольких экзопланет, включая WASP-39 b, которая расположена чуть менее чем в 700 световых годах от Земли. С помощью своих мощных инфракрасных инструментов JWST успешно идентифицировал воду, углекислый газ и калий на этом мире размером с Юпитер. Как показал опыт на Земле, вода необходима для жизни в том виде, в котором мы ее знаем. Следовательно, обнаружение воды на экзопланете также может указывать на вероятность существования на ней жизни.
Однако из почти 5600 подтвержденных экзопланет на момент написания этой статьи только 69 считаются потенциально обитаемыми. В первую очередь это связано с тем, что их орбита находится в обитаемой зоне своей звезды (HZ), то есть они вращаются на правильном расстоянии от своей звезды, чтобы жидкая вода потенциально могла существовать на ее поверхности, если предположить, что экзопланета земная (каменистая), как Земля. Но обнаружение воды в атмосфере экзопланеты также может открыть перспективу обнаружения жизни. Итак, чему изучение планетных атмосфер может научить нас относительно поиска жизни за пределами Земли?
«Атмосфера Земли вышла из химического баланса из-за выбросов различных газов жизнью», — говорит доктор Тун. Вселенная сегодня. «Например, кислород в атмосфере Земли несовместим с метаном в атмосфере. Метан в значительной степени является отходом жизни. Таким образом, попытки обнаружить жизнь где-либо еще, скорее всего, начнутся с изучения химии атмосфер экзопланет на наличие признаков химического дисбаланса».
Научная дисциплина, ответственная за изучение планетных атмосфер, известна как наука об атмосфере и включает в себя несколько субдисциплин, включая информатику, астрономию, физику и метеорологию, и это лишь некоторые из них. Именно благодаря постоянному сотрудничеству и инновациям этих дисциплин позволяет ученым изучать атмосферы планет как внутри нашей Солнечной системы, так и за ее пределами. Как уже отмечалось, атмосферы планет в нашей солнечной системе отличаются большим разнообразием, и ученые наблюдали такое же разнообразие и на экзопланетах. Итак, какова самая захватывающая планетарная атмосфера, которую доктор Тун изучал за свою карьеру?
«Я изучил каждую атмосферу Солнечной системы и некоторые экзопланеты», — рассказывает доктор Тун. Вселенная сегодня. «Самым интересным является Марс, потому что по Марсу имеется много данных, а климат Марса когда-то был больше похож на земной, чем на бесплодную пустыню, которой он является сейчас. Титан, спутник Сатурна, также интересен тем, что на нем есть метановые дожди, а также озера и моря углеводородов. Он также окутан дымкой, состоящей из сложного органического материала». Кроме того, какой совет доктор Тун может дать будущим студентам, желающим продолжить изучение планетных атмосфер?
«Я предлагаю студентам сначала изучить атмосферу Земли», — говорит доктор Тун. Вселенная сегодня. «Удивительно, как много астрономов, изучающих атмосферы планет, не знают о параллелях с Землей».
Как планетарные атмосферы помогут нам лучше понять наше место во Вселенной в ближайшие годы и десятилетия? Только время покажет, и именно поэтому мы занимаемся наукой!
Как всегда, продолжайте заниматься наукой и продолжайте искать!
