Сонце - далеко не найбільша зірка в нашій Галактиці. Але й не найкрихітніша Є й менші - вони називаються червоними карликами. Такі зорі живуть дуже довго. Кілька десятків мільярдів років. Навколо них обертаються планети, деякі з яких можуть бути схожі на Землю - з твердою кам'яною поверхнею і навіть водою.
Однак є проблема. Червоні карлики на початку свого життя дуже яскраві й активні. Вони випромінюють багато енергії у вигляді рентгенівських та ультрафіолетових променів, опромінюючи навколишні планети. Останні нагріваються і випаровують воду в космос. В результаті чого виникає парниковий ефект, схожий на той, що ми спостерігаємо на Венері.
Як швидко планети втрачають свою воду? Непроста задачка астрономів, бо її рішення впливає на визначення межі "зони населеності", кордонів простору навколо зірки, де можлива поява життя. Тому необхідно знати, як працює процес витоку атмосфери планети під дією зоряного випромінювання. Явище, відоме як "гідродинамічний відхід".
Гідродинамічний відхід - це коли атмосфера планети стає такою гарячою і розрідженою, а частинки прискорюються до такої швидкості, що здатні "втекти" з планети. Процес активний для легких газів, на кшталт водню.
До того ж якщо в атмосфері є багато водяної пари, то вона розпадається на атоми водню і кисню під дією ультрафіолетових променів. Атоми водню легко відлітають, тоді як атоми кисню залишаються. Таким чином, планета втрачає свою воду. І ще більше розігрівається.
Але скільки води втрачається за який час? Усе залежить від температури та складу атмосфери, швидкості зоряного випромінювання, розміру планети. І не факт, що математична модель надасть релевантні значення.
Утім, четверо японських астрономів - Тацуя Йошида, Наокі Терада, Масахіро Ікома та Кійоші Курамото - здійснити астрономічний подвиг. Вони створили модель атмосфери планети, яка складається з водню і води, і яка обертається навколо червоного карлика. Були враховані різні процеси, що впливають на гідродинамічний відхід, зокрема, охолодження атмосфери випромінюванням, хімічні реакції та дисоціація води.
Вчені виявили, що швидкість витоку атмосфери сильно залежить від того, скільки води є в атмосфері. Чим більше води, тим менший витік. А все тому, що вода та її продукти, OH і OH+, охолоджують атмосферу своїм випромінюванням. Що уповільнює частинки атмосфери, роблячи їх менш рухливими та здатними "втекти" з планети.
Науковці також виявили, що час, за який планета втрачає всю свою воду, може бути більшим, ніж час, який необхідно червоному карлику для охолодження. Таким чином, деякі планети можуть зберегти H2O і пережити парникову фазу.
Звичайно, надія на те, що навколо х карликів збережуться планети з помірним кліматом і океанами, залишається, однак... такі планети надмірно радіоактивні, оскільки перебувають дуже близько до зірки.
Дослідження Йошіди та його колег також допомагає краще зрозуміти, як працює гідродинамічний відхід і на скільки він залежить від різних чинників.
Джерело:
Yoshida T., Terada N., Ikoma M., Kuramoto K., 2021, Less Effective Hydrodynamic Escape of H2–H2O Atmospheres on Terrestrial Planets Orbiting Pre-main-sequence M Dwarfs, The Astrophysical Journal, 924, 2, 203. https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ac7be7/pdf
