Ученые из Университета Торонто (Канада) с помощью моделирования выяснили, что полностью покрытые льдами планеты, сегодня считающиеся непригодными для жизни, на самом деле должны иметь области, стабильно сохраняющие положительные летние температуры. Для этого им нужна всего лишь атмосфера, по плотности близкая к земной, и умеренное количество жидкой воды. С текстом соответствующей статьи можно ознакомиться на сервере препринтов Корнелльского университета.
На данный момент считается, что для устойчивой обитаемости планета должна иметь работающий углеродный цикл. Так называют круговорот углерода в природе, когда углекислый газ атмосферы за счет химического взаимодействия с горными породами образует карбонаты. Последние из-за тектоники плит опускаются в мантию, откуда их со временем поднимают мантийные потоки, благодаря чему при извержениях вулканов углекислый газ периодически прорывается обратно в атмосферу.
Если любое звено этой цепи повреждено, то устойчивого и приемлемого для сложной жизни климата на планете возле желтого карлика не будет. Например, на Венере «поломался» механизм вывода диоксида углерода из атмосферы, и в итоге там слишком жарко. На Марсе — механизм обратного ввода этого же газа в атмосферу, и оттого там слишком холодно.
Проблема такой схемы в том, что она действительно склонна к «поломкам», причем сама из таких «поломок» может и не выйти. Например, если на Земле сейчас установить температуру заметно ниже -100 градусов по Цельсию (в теории в ряде случаев это возможно), почти весь углекислый газ просто выпадет в виде снега, на чем углеродный цикл завершится. А поднять температуру снова не удастся, поскольку без этого ключевого парникового газа на планете так никогда снова и не потеплеет. Из-за этого многие экзопланеты, которые, по расчетам, лежат в зоне обитаемости, на деле могут оказаться планетами-снежками. Они будут получать от светила столько же энергии, сколько и Земля, но сплошные льды отразят основную ее часть в космос, и планета останется безжизненной снежной пустыней.
Авторы новой работы с помощью специализированной модели рассчитали, каким был бы эффект общего оледенения Земли (когда вся планета покрыта льдом) для долговременного климата. У них получилось, что, вопреки более ранним представлениям, на самом деле даже на однажды обледеневшей планете может произойти вскрытие сплошного ледового покрова в районе экватора.
Этому может помочь целый ряд факторов. Например, теплые течения в океане способны локально перегреть ледниковый щит, даже если планета в целом остается довольно холодной. Высокие обрывистые горы в экваториальной области могут создать скалистые пятачки, где солнечные лучи активно поглощаются темными камнями, и поэтому ледовый покров не может там закрепиться.
Более того, оказалось, что даже при весьма ограниченном вскрытии ледникового щита в этом районе начнет работать настоящий углеродный цикл. На планете-снежке в месте локального прогрева сухой лед (твердый углекислый газ) будет подвергаться возгонке и начнет реагировать со скальными породами. В итоге образуются карбонаты, и при работающей тектонике плит они начнут то опускаться вниз, в мантию, то подниматься вверх, с мантийными восходящими потоками.
Более того, моделирование показало, что летние температуры на экваторе планеты-снежка, по параметрам близкой к Земле, будут стабильно превышать 10 градусов по Цельсию. В итоге там станет возможной сезонная растительность.
Интересно, что авторы предлагают надежные дистанционные индикаторы, которые позволят отличить такую планету-снежок от обычной землеподобной. В атмосферах «снежков» будет повышенное соотношение углекислого газа к водяному пару. Дело в том, что на «снежках» очень мала испаряемость воды, ведь моря и океаны покрыты льдом — испаряться воде неоткуда. Зато углекислому газу, напротив, «некуда деваться», ведь горные породы смогут связывать его только в экваториальных зонах, где могут существовать теплые оазисы. Поэтому в спектрах таких планет будет больше обычного следов диоксида углерода и меньше — водяного пара.
Такой набор индикаторов вскоре позволит определить на практике, верны ли гипотезы авторов об обитаемости планет-снежков. Новый космический телескоп «Джеймс Уэбб», который США планируют запустить в космос в 2020-х годах, будет достаточно чувствительным для анализа состава атмосфер близких экзопланет земного типа.
