Согласно новому исследованию Калеба Шарфа (Caleb Scharf), заведущего астробиологией в Колумбийском университете, резонансные колебания атмосферы планеты, вызванные гравитационными приливами и влиянием её звезды, могут с течением времени остановить неуклонное замедление вращения планеты. Приливы и отливы могут влиять на массу планеты, что, в свою очередь, влияет на её вращение. Мы больше всего знакомы с гравитационными приливами, которые мы ощущаем на Земле из-за влияния Луны и Солнца.
В отличие от них, атмосферные приливы, иногда называемые тепловыми или солнечными, возникают, когда солнечные лучи нагревают поверхность и воздух на дневной стороне Земли. В связи с нагреванием происходят атмосферные движение из самой горячей точки в более холодные районы планеты. Как и при гравитационных приливах, атмосферные приливы создают «выпуклости» на поверхности Земли. Эти «выпуклости» слегка изменяют форму земной атмосферы – от сферической к чему-то чуть менее симметричному и более эллиптическому.
Обычно влияние подобных приливов относительно небольшое, но оно может быть увеличено при некоторых обстоятельствах. Движение атмосферы усиливается, когда скорость вращения планеты совпадает с естественной частотой колебаний атмосферы. В таком случае влияние звезды на атмосферу планеты, как и на вращение, максимально велико. Когда противоположные силы, действующие на атмосферу, и обычные гравитационные приливы планеты достигают равновесия, происходит фиксация скорости вращения планеты.
По словам Шарфа, исследования показывают, что Земля, возможно, была «поймана» в 21-часом дне в течение «сотен миллионов лет». Он полагает, что это могло произойти в докембрийскую эпоху более 500 миллионов лет назад. Эффекты от резонансного захвата трудно вычислить и отследить, но в целом Шарф отмечает, что планеты с более быстрой скоростью вращения имеют более горячие экваторы и более холодные полюса.
Резонанс может быть нарушен колебаниями температуры, такими как быстрое потепление, которое вызывает увеличение продолжительности дня в течение миллионов лет, когда вращение планеты снова замедляется. Например, возможно, что 3-4 миллиарда лет назад на Земле был 12-часовой день, и со временем он увеличился до 24 часов. В какой-то момент в далёком будущем земные сутки, возможно, превысят 24 часа.
Поскольку большинство планет подвергаются гравитационным приливам, которые могут влиять на скорость их вращения, Шарф считает, что другие каменистые планеты в конечном итоге попадают в резонансную ловушку, в результате чего продолжительность дня остаётся неизменной в течение длительного времени.
Рори Барнс, профессор из Вашингтонского университета, согласен с тем, что подобные процессы могут быть широко распространены. «Однако трудно сказать окончательно, каковы могут быть последствия для какой-либо конкретной планеты, учитывая влияние климата, атмосферные условия, размеры и т. д. Но попытка Шарфа разгадать эту загадку открывает дорогу для новых идей, которые в итоге смогут пролить свет на это явление».
Одним из особенно интересных пунктов работы Шарфа является предположение о том, что биологическая активность может также влиять на вращение планеты. Молекулы, такие как озон, делают атмосферу теплее, что в итоге усиливает тепловые приливы. Если жизнь на планете производит кислород, на планете будет накапливаться озон, который способствует более раннему резонансному захвату планеты.
Вопрос на миллион заключается в том, будут ли изменения, вызванные кислородом или озоном, способствовать развитию жизни. Играет ли этот процесс, благодаря которому живые организмы влияют на свою планетарную среду, положительную роль в распространении этой формы жизни? Если бы учёные могли получить больше данных об эволюции скорости вращения Земли за последние четыре миллиарда лет, они бы смогли установить влияние озона и кислорода в атмосфере на скорость вращения нашей планеты. Ещё один вопрос заключается в том, может ли скорость вращения планеты влиять на обитаемость планеты?
«Выявить скорость вращения планет невероятно сложно, – говорит Шарф, – но, учитывая прогресс в изучение экзопланет, возможно, мы найдём способ сделать это».
Даже если бы учёные смогли выяснить, как измерить скорость вращения каменистых планет, Шарф сомневается, что они найдут неоспоримое доказательство, которое подтвердило бы наличие биологической жизни. Однако расчёт скорости вращения может служить одним из многих инструментов, который астробиологи смогут использовать для поиска планет, на которых возможно существование жизни.
– На анимации можно видеть температуру атмосферных приливов и отливов в атмосфере за сентябрь 2005 года, данные были получены со спутника Thermosphere Ionosphere Mesosphere Energetics and Dynamics (TIMED).
Источник: phys.org
Перевод: Артур Арушанян
