Существует связь между соленостью океана Земли и ее климатом. Соленость может иметь драматическое влияние на климат любой планеты, похожей на Землю, вращающейся вокруг звезды, похожей на Солнце. Но как насчет экзопланет вокруг М-карликов?
У каждой планеты есть измеримое альбедо, процент звездного света, который она отражает обратно в космос. Он измеряется по шкале от 0, что будет черным объектом, который не отражает свет, до 1,00, объектом, который отражает весь свет. Поскольку более высокое альбедо отражает больше звездного света, оно оказывает охлаждающее воздействие на климат объекта. В нашей Солнечной системе у спутника Сатурна Энцелада самое высокое альбедо. Энцелад покрыт ярким, отражающим льдом, который отражает большую часть солнечного света, который достигает его. (Обратите внимание, что существуют разные измерения альбедо, и они могут существенно отличаться, что приводит к некоторой путанице.)
У Меркурия самое низкое альбедо, поскольку он покрыт в основном темными породами. (Такие объекты, как кометы, могут иметь еще более низкое альбедо.)
Альбедо Земли составляет около 0,3, в основном из-за облачной атмосферы нашей планеты. Лед в Антарктиде, Гренландии и сезонный паковый лед в Арктике также вносят свой вклад. Альбедо Земли меняется в течение сезонов, поскольку лед расширяется и отступает. Короче говоря, альбедо Земли помогает регулировать климат планеты.
Уровень солености океана влияет на количество образующегося морского льда и, в свою очередь, влияет на альбедо Земли. Чем больше соли, тем ниже точка замерзания, что затрудняет образование льда. Более высокая соленость означает меньше льда, что означает более низкое альбедо и меньше солнечного света отражается обратно в космос.
Но как соленость океана повлияет на экзопланеты, вращающиеся вокруг звезд, отличных от нашего Солнца? Это вопрос, стоящий за новым исследованием под названием «Климатические эффекты солености океана на экзопланетах класса М-карликов». Ведущий автор — Кайл Батра с кафедры наук о Земле, атмосфере и планетах в Университете Пердью. Батра также является членом команды NASA Network for Ocean Worlds Exo-oceanography Team.
Карлики M также называются красными карликами, и их свет отличается от солнечного. Было проведено множество исследований солености океана и ее общего влияния на климат Земли. По словам авторов, исследований не хватает, когда речь идет об экзопланетах красных карликов. «Однако то, как состав океана влияет на климат в разных условиях, например, вокруг разных типов звезд или в разных положениях в пределах обитаемой зоны, не было исследовано», — пишут авторы.
Экзопланеты M-карликов особенно важны, когда дело доходит до изучения экзопланет и их потенциальной обитаемости. M-карлики — это звезды с малой массой, которые имеют чрезвычайно долгую и стабильную продолжительность жизни. Это преимущество для потенциальной обитаемости. M-карлики также являются наиболее распространенным типом звезд, поэтому логика подсказывает, что они являются хозяевами самых каменистых планет, а наблюдения показывают нам, что они являются хозяевами немногих газовых гигантов.
В своих моделях исследователи работали с несколькими ключевыми переменными, включая то, как меняется звездообразование на протяжении жизни звезды.
Исследователи использовали модель общей циркуляции океана и атмосферы (GCM), чтобы изучить, как карлики M и звезды G-типа, такие как наше Солнце, реагируют на соленость океана. Результаты показывают, что звезды, такие как наше Солнце, более резко реагируют на изменения солености океана. «Мы обнаружили, что увеличение солености океана с 20 до 100 г/кг в нашей модели приводит к нелинейному сокращению льда и потеплению на планетах G-звезд, что иногда вызывает резкие переходы к различным климатическим состояниям», — пишут они.
Как и на настоящей Земле, моделирование звезд G-типа показало, что морской лед ограничен высокими широтами и что его покрытие уменьшается по мере роста солености. Покрытие снизилось с 19,5% при 35 граммах соли на кг до 3,5% при 100 граммах на кг. Это резкий переход.
На планетах-карликах спектрального класса М переходы были менее резкими. «Наоборот, морской лед на планетах-карликах спектрального класса М реагирует на увеличение солености более постепенно и линейно», — пишут они.
Исследователи также определили, как соленость и ледяной покров влияют на температуру поверхности. На Земле средняя температура поверхности выросла с 8 до 14 градусов по Цельсию, а соленость увеличилась с 35 до 100 граммов/кг. Планеты-карлики спектрального класса M не показали подобного повышения температуры поверхности.
«Более того, сокращение морского льда на планетах класса М-карликов не сопровождается значительным потеплением поверхности, как на планетах класса G-звезд», — поясняют они.
Планеты в обитаемых зонах вокруг М-карликов имеют еще одну общую характеристику. Поскольку обитаемая зона вокруг М-карлика намного ближе к звезде, чем вокруг звезды, подобной Солнцу, ожидается, что многие планеты будут приливно заблокированы. Это влияет на все в их климате.
«В этом сценарии морской лед еще меньше связан с планетарным альбедо, чем в наших моделях с вращением, подобным земному, поскольку лед на ночной стороне не будет взаимодействовать с поступающим излучением», — объясняют авторы.
В сценарии приливной блокировки океаническое и атмосферное смешивание имеет больше динамических переменных. «При разных режимах вращения и циркуляции чувствительность климата к солености может, следовательно, различаться», — объясняют исследователи. Они оставляют будущим исследованиям изучение этих сценариев.
Эти результаты очень интересны, но, к сожалению, возможность проверить их с помощью наблюдений не появится в ближайшее время, поскольку мы не можем удаленно ощущать соленость океана. Фактически, мы даже не уверены, что то, что кажется экзопланетами с океанами, на самом деле имеет океаны. Но, по крайней мере, эта работа показывает, какое влияние соленость океана может оказывать на многочисленные каменистые планеты, которые вращаются вокруг М-карликов галактики.
«Это обнадеживающий результат, который свидетельствует о том, что неопределенности относительно солености экзоокеана представляют меньшую проблему для понимания климата и обитаемости планет класса М-карликов по сравнению с планетами класса G-звезд», — заключают они.
