Друга частина розповіді про те, як може відбуватися зміна сезонів на екзопланетах. Це залежить від великої кількості факторів: відстані до зорі, кількості сонць і характеристик самої планети. Вони створюють майже нескінченну кількість варіантів.
Зона заселеності
Усе, що написано у першій частині, є лише деякими факторами, які можуть впливати на зміну сезонів на екзопланетах. Адже там можуть існувати ситуації, яких немає у Сонячній системі.
Приклад Марса нагадує нам, що для того, аби зміна пір року відбувалася звичним для нас чином, необхідно, щоб діапазон температур хоча б інколи забезпечував умови, за яких вода переходить з одного стану в інший.
Якщо на планеті занадто спекотно, то вода й інші леткі сполуки перебуватимуть у газоподібному стані за будь-яких змін освітлення. Якщо ж на ній занадто холодно, то навіть улітку вода лишатиметься у твердому стані, тож жодних змін із нашої точки зору не відбудеться.
Діапазон відстаней від зорі, у якому планета отримує стільки енергії, щоб вода на її поверхні залишалась у рідкому стані, називається зоною заселеності. Для різних світил вона неоднакова і залежить від потужності їхнього випромінювання.
Потрапляння у зону заселеності зовсім не означає, що пори року на планеті обов’язково будуть змінюватися. Прикладом тут може слугувати Венера, яка розташована біля внутрішньої межі цієї зони в Сонячній системі, але її атмосфера надзвичайно щільна та гаряча, тож насправді нічого схожого на зміну сезонів на ній не відбувається.
Крім того, цілком ймовірні випадки, коли орбіта планети має високий ексцентриситет і лише частково потрапляє до зони заселеності. Вона може навіть проходити її наскрізь таким чином, що перигелій буде там, де вода вже закипає, а афелій — там, де вона вся перетворюється на кригу.
В усіх цих випадках спостерігатиметься зміна пір року. Але як саме — залежить від величезної кількості параметрів. З упевненістю можна сказати лиш те, що літо і зима у цьому випадку будуть одразу на всій планеті.
Тривалість року та сезони
Ще один фактор, що сильно впливає на зміну пір року, — теплова інерція. Тепло має властивість акумулюватися. Тобто коли якусь місцевість нагріває Сонце, кількість енергії там поступово збільшується.
З холодом ситуація подібна, однак треба пам’ятати, що він — лише нестача енергії, і з часом не кількість «енергії холоду» збільшується, а просто запаси енергії стають все меншими.
Атмосфера та гідросфера планети мають велику теплову інерцію. Для того, аби прогріти їх на десятки градусів, навіть за достатньо великої кількості сонячного світла, необхідний не один десяток діб. Згадайте, як повільно земля прогрівається навесні.
На практиці все це означає, що в багатьох випадках суворість зими та літня спека залежать від часу, впродовж якого планета отримує певну кількість енергії. А отже, тривалість року також сильно впливає на зміну сезонів на планеті.
Річ у тім, що більшість відкритих екзопланет обертається навколо червоних і помаранчевих карликів. Орбіта в зоні заселеності для таких зір відповідає періоду обертання від 15 до кількох десятків земних діб. Багато з них просто не встигають достатньо сильно прогрітися чи охолонути, незалежно від того, спричинена зміна сезону нахилом екватора до площини орбіти чи її ексцентриситетом.
Чим меншою є тривалість року, тим меншими, за однаковості інших факторів, мають бути річні коливання температури. Для планет із великим орбітальним періодом теоретично має спостерігатися протилежна картина: сезони там мають бути не лише довгими, але і яскраво вираженими.
Зміна сезонів на екзомісяцях
Окремо слід розповісти про те, що може відбуватися на потенційно придатних для життя супутниках екзопланет — так званих землеподібних екзомісяцях. Пандора з фільму «Аватар» — це яскравий приклад такого небесного тіла.
Достатньо великий супутник планети-гіганта, що обертається поблизу зони заселеності зорі, дійсно може бути придатним до життя, хоча передбачення його клімату — річ суттєво складніша, оскільки факторів, які впливають на зміну сезонів, стає ще більше.
Із зоною заселеності, ексцентриситетом орбіти та тривалістю року все лишається так само, як у випадку зі звичайною планетою. Але замість впливу нахилу екватора до орбітальної площини доведеться враховувати відразу два фактори: нахил екватора місяця до площини його орбіти й кут між цією площиною та орбітою планети.
Слід пам’ятати, що положення осі обертання екзомісяця лишається незмінним відносно площини його власної орбіти, яка сама по собі нахилена до орбіти планети. Через це протягом його обертання навколо гіганта, яке може тривати кілька діб чи тижнів, освітленість його півкуль змінюватиметься. Фактично це призводить до того, що на такому небесному тілі кожен місяць можуть спостерігатися зміни, аналогічні настанню літа чи зими.
І вже на цю періодичність буде накладатися річна, пов’язана з тим фактом, що нахил орбіти супутника до орбіти планети теж залишається незмінним. Через це маленький «місячний» цикл зміни сезонів у різні пори «великого року» може бути різним.
Також варто згадати можливість того, що орбіта супутника лежатиме точно у площині орбіти планети. Тоді газовий гігант регулярно буде влаштовувати затемнення місцевого сонця тривалістю в кілька діб.
Особливо сильно вони можуть впливати на зміну сезонів, якщо основною її причиною є ексцентриситет орбіти й літо настає в той момент, коли планета проходить перигелій. Якщо в цей час її супутник на кілька діб «заховається» за планету, це може призвести до різниці між умовними «східною» та «західною» півкулями. В одній із них літо буде помітно спекотнішим.
Зміна сезонів біля подвійних зір
Ще один цікавий варіант являють собою планети подвійних зір. Сучасні дослідження говорять, що за характером орбіт вони можуть належати до двох різних категорій. P-тип обертається одразу навколо двох світил (точніше, навколо їхнього спільного центру мас). Переважно це планети у тісних зоряних системах.
До S-типу належать екзопланети, що обертаються навколо тільки однієї із зір. Для того, щоб такий світ потрапив у зону заселеності, це мають бути достатньо широкі системи. Відстань між компонентами в них може вимірюватись астрономічними одиницями.
У більшості P-планет особливої різниці у правилах зміни пір року не буде. Ті ж самі комбінації кута нахилу екватора до екліптики та ексцентриситету орбіти. Це пов’язано з тим, що пара світил достатньо слабо відрізнятиметься від одного з тією самою сумарною потужністю.
Єдиною суттєвою відмінністю тут може бути набагато більша тривалість року. Адже пара зір здатна значно довше підтримувати зону заселеності, ніж одне світило тієї ж потужності. Це пов’язано із тим, що великі зорі еволюціонують значно швидше.
Для S-планет головним чинником зміни пір року на них буде та зоря, навколо якої вони безпосередньо обертаються. Її компаньйонка у більшості випадків перебуватиме занадто далеко, щоб її вплив був помітним. Тому для них будуть актуальними вже описані закономірності для випадку з одним світилом.
Суттєві зміни може спричинити випадок, коли зорі обертаються одна навколо одної по ексцентричній орбіті. Тоді відстань між ними буде суттєво змінюватися. Як наслідок, час від часу зміна сезонів на S-планеті все ж буде зазнавати значного впливу другого світила у системі.
Конкретні сценарії знову-таки залежать від параметрів орбіт і самих зір, але в цілому неважко реконструювати, як це може відбуватися. Цикл триватиме кілька десятиліть, а то й століть. Упродовж більшої його частини друге світило матиме вигляд найяскравішої зорі на небі, видимої навіть удень — за блиском вона суттєво перевищуватиме Венеру на земному небі. Але один раз за цей період упродовж кількох років вона буде виростати у розмірі до невеликого диска, через що збиватимуться всі цикли дня та ночі, клімат суттєво теплішатиме, а зима деякий час може не наставати.
Роль атмосфери
Усе вищесказане описує кліматичні зміни виключно з точки зору інтенсивності опромінення планети світлом її зорі. Однак насправді клімат планети влаштований значно складніше і його не можна описати цими простими правилами.
Принаймні для планет, що схожі на Землю та претендують на те, щоб бути домівкою для людиноподібних істот, доводиться враховувати вплив трьох географічних оболонок: атмосфери, гідросфери та літосфери.
Перші дві з них виступають одночасно як накопичувач і переносник енергії. Чим вони потужніші, тим більше схильні поглинати тепла, яке потім перерозподіляється планетою з вітром і течіями.
При цьому занадто потужна атмосфера може повністю нівелювати всі сезонні коливання, особливо ті, що викликані нахилом екватора до площини орбіти. Прикладом тут може слугувати Венера, чия атмосфера настільки густа, що вітри миттєво вирівнюють усі нерівномірності у погоді.
Суходіл, на відміну від води та повітря, переносити енергію не здатен, але акумулює її непогано. Через це великі континентальні маси виступають як підсилювачі сезонних коливань: вони сильно нагріваються влітку та охолоджуються взимку. На Землі це призводить до утворення континентального типу клімату, коли +30°C влітку і -30°C взимку виникають навіть у достатньо низьких широтах. Але історія нашої планети підказує нам і протилежний розвиток подій.
У тріасовому та юрському періодах континенти розташовувалися таким чином, що на екваторі та полюсах був океан. Його течії розносили тепло по всій земній кулі майже рівномірно. Внаслідок цього практично всюди панував тропічний клімат, й лише біля полюсів він змінювався субтропічним і помірним.
При цьому астрономічні ознаки настання зими — короткий світловий день у помірних широтах і полярна ніч в Арктиці й Антарктиці — нікуди не зникали. Через це тут можна було спостерігати картину буйних заростей папороті серед багатоденної ночі.
Таким чином, астрономічна і реальна зміна сезонів — часом зовсім різні речі. Факторів, які впливають на те, як вони змінюються, дуже багато. Вони можуть утворювати десятки різних комбінацій, кожна з яких проявляється по-своєму. Не виключено, що десь зміну пір року не можна відрізнити від звичної для нас у Північній півкулі Землі. Але, скоріше за все, на більшості екзопланет ця картина сильно відрізняється.
Тільки найцікавіші новини та факти у нашому Telegram-каналі!
Приєднуйтесь: https://t.me/ustmagazine
