Planeta pozasłoneczna, znana jako Proxima b, zajmowała szczególne miejsce w świadomości publicznej od czasu jej ogłoszenia w sierpniu 2016 r. Jako najbliższa egzoplaneta dla naszego Układu Słonecznego, jej odkrycie rodzi pytania o możliwość jej zbadania w niezbyt odległa przyszłość. Jeszcze bardziej kuszące są pytania dotyczące jego potencjalnej zamieszkiwania.
Pomimo licznych badań, które próbowały wskazać, czy planeta może być odpowiednia do życia w takiej postaci, w jakiej ją znamy, nie udało się ustalić ostatecznej wersji. Na szczęście zespół astrofizyki z University of Exeter - z pomocą ekspertów meteorologii z brytyjskiego Met Office - poczynił pierwsze niepewne kroki w kierunku ustalenia, czy Proxima b ma klimat nadający się do zamieszkania.
Według ich badań, które niedawno ukazały się w czasopiśmie Astronomia i astrofizyka, zespół przeprowadził serię symulacji przy użyciu najnowocześniejszego modelu Uni Office Unified (UM) Met Office. Ten model numeryczny był używany od dziesięcioleci do badania atmosfery ziemskiej, z zastosowaniami od prognoz pogody do skutków zmian klimatu.
Za pomocą tego modelu zespół zasymulował, jaki byłby klimat Proxima b, gdyby miał podobny skład atmosferyczny do Ziemi. Przeprowadzili także symulacje tego, jaka byłaby planeta, gdyby miała znacznie prostszą atmosferę - złożoną z azotu ze śladowymi ilościami dwutlenku węgla. Wreszcie uwzględnili zmiany na orbicie planety.
Na przykład, biorąc pod uwagę odległość planety od jego słońca - 0,05 AU (7,5 miliona km; 4,66 miliona mil) - pojawiły się pytania dotyczące cech orbity planety. Z jednej strony może być zamknięty, gdzie jedna twarz jest stale zwrócona w stronę Proxima Centauri. Z drugiej strony planeta może znajdować się w rezonansie orbitalnym 3: 2 ze swoim Słońcem, gdzie obraca się trzy razy wokół swojej osi na każde dwie orbity (podobnie jak Merkury doświadcza naszego Słońca).
W obu przypadkach spowodowałoby to narażenie jednej strony planety na spore promieniowanie. Biorąc pod uwagę naturę czerwonych karłów typu M, które są bardzo zmienne i niestabilne w porównaniu z innymi typami gwiazd, strona zwrócona do Słońca byłaby okresowo napromieniowana. Ponadto w obu scenariuszach orbitalnych planeta podlegałaby znacznym zmianom temperatury, które utrudniałyby istnienie ciekłej wody.
Na przykład na planecie zamkniętej pod względem pływów główne gazy atmosferyczne po stronie nocnej prawdopodobnie zamarzłyby, co pozostawiłoby strefę światła dziennego odsłoniętą i wysuszoną. A na planecie z rezonansem orbitalnym 3: 2 pojedynczy dzień słoneczny najprawdopodobniej trwałby bardzo długo (dzień słoneczny na Merkurym trwa 176 dni ziemskich), powodując, że jedna strona staje się zbyt gorąca, a druga zbyt zimna i suchy.
Biorąc to wszystko pod uwagę, symulacje zespołu pozwoliły na pewne kluczowe porównania z wcześniejszymi badaniami, ale pozwoliły również zespołowi wyjść poza nie. Jak wyjaśnił dr Ian Boutle, honorowy pracownik uniwersytecki na Uniwersytecie w Exeter i główny autor artykułu, w komunikacie prasowym Uniwersytetu:
„Nasz zespół badawczy przeanalizował szereg różnych scenariuszy prawdopodobnej konfiguracji orbity planety przy użyciu zestawu symulacji. Oprócz zbadania, jak zachowałby się klimat, gdyby planeta była „zablokowana pływowo” (gdzie jeden dzień ma taką samą długość jak rok), przyjrzeliśmy się również, jak orbita podobna do Merkurego, która obraca się trzykrotnie wokół własnej osi co dwie orbity wokół Słońca (rezonans 3: 2) miałyby wpływ na środowisko. ”
Ostatecznie wyniki były dość korzystne, ponieważ zespół stwierdził, że Proxima b miałby wyjątkowo stabilny klimat w każdej atmosferze i dowolnej konfiguracji orbitalnej. Zasadniczo symulacje oprogramowania UM wykazały, że gdy uwzględniono zarówno atmosferę, jak i konfigurację z blokadą pływów oraz konfigurację rezonansu 3: 2, na planecie nadal istniałyby obszary, w których woda mogłaby istnieć w postaci płynnej.
Oczywiście przykład rezonansu 3: 2 spowodował, że bardziej znaczące obszary planety mieszczą się w tym zakresie temperatur. Odkryli również, że mimośrodowa orbita, w której odległość między planetą a Proximą Centauri zmieniała się w znacznym stopniu w ciągu jednego okresu orbitalnego, doprowadziłaby do dalszego wzrostu potencjalnego zamieszkiwania.
Jak powiedział dr James Manners, inny Honorowy Uniwersytet Fellow i jeden ze współautorów na papierze:
„Jedną z głównych cech odróżniających tę planetę od Ziemi jest to, że światło jej gwiazdy znajduje się głównie w bliskiej podczerwieni. Te częstotliwości światła oddziałują znacznie silniej z parą wodną i dwutlenkiem węgla w atmosferze, co wpływa na klimat pojawiający się w naszym modelu. ”
Oczywiście należy wykonać znacznie więcej pracy, zanim będziemy w stanie naprawdę zrozumieć, czy ta planeta jest w stanie utrzymać życie, jakie znamy. Oprócz podsycania nadziei tych, którzy chcieliby kiedyś skolonizować je, badania warunków Proximy b mają również ogromne znaczenie dla ustalenia, czy życie rdzenne istnieje w tej chwili.
Tymczasem tego rodzaju badania są niezwykle pomocne, jeśli chodzi o przewidywanie, jakie środowiska możemy znaleźć na odległych planetach. Dr Nathan Mayne - lider naukowy w dziedzinie modelowania egzoplanet na Uniwersytecie w Exeter i współautor na papierze - wskazał również, że tego rodzaju badania klimatyczne mogą mieć zastosowanie w domu dla naukowców.
„Dzięki projektowi, który realizujemy w Exeter, staramy się nie tylko zrozumieć nieco oszałamiającą różnorodność odkrytych egzoplanet, ale także wykorzystać to, aby, miejmy nadzieję, poprawić nasze zrozumienie tego, jak zmienia się i będzie ewoluował nasz klimat”, powiedział. Co więcej, pomaga zilustrować, w jaki sposób można wykorzystać warunki na Ziemi do przewidywania, co może istnieć w środowiskach pozasłonecznych.
Chociaż może to brzmieć nieco koncentrycznie na Ziemi, całkowicie uzasadnione jest założenie, że planety w innych układach gwiezdnych podlegają procesom i mechanizmom podobnym do tego, co widzieliśmy na planetach słonecznych. I jest to coś, co niezmiennie musimy robić, jeśli chodzi o poszukiwanie planet nadających się do zamieszkania i życia poza naszym Układem Słonecznym. Dopóki nie uda nam się tam dotrzeć bezpośrednio, będziemy zmuszeni zmierzyć to, czego nie wiemy na podstawie tego, co robimy.
