Dünya iklim biliminden öğrenilen teknikler, potansiyel olarak yaşanabilir dış gezegenlerin aranmasına yardımcı oluyor

Exeter Üniversitesi’nden astrofizikçiler de dahil olmak üzere uluslararası bir ekip, potansiyel olarak yaşanabilir ötegezegenlerin araştırılmasına yardımcı olarak, uzak yıldızların yörüngesindeki gezegenlerin atmosferlerini sağlam bir şekilde modellemenin yolunu açmak için Dünya iklim biliminden öğrenilen dersler ve teknikler alıyor.

En önemlisi, ekip bu araştırmanın aynı zamanda Dünya’daki gelecekteki iklime ilişkin temel anlayışımızı ve tahminlerimizi geliştirebileceğine inanıyor.

Yakın zamanda piyasaya sürülen James Webb Uzay Teleskobu (JWST) ve Avrupa Aşırı Büyük Teleskopu (E-ELT), Otuz Metre Teleskop (TMT) veya Dev Magellan Teleskobu (GMT) gibi yakında çıkacak teleskoplar, yakında Dünya’nın atmosferlerini karakterize edebilecektir. yakındaki kırmızı cücelerin yörüngesinde dönen kayalık ötegezegenler (yıldızlar kendi güneşimizden daha soğuk ve daha küçük). Ancak, bu gözlemleri yorumlayacak ve yönlendirecek sağlam modeller olmadan, bu gözlemevlerinin tüm potansiyelini ortaya çıkaramayacağız.

Bir yöntem, gezegenler ev sahibi yıldızlarının yörüngesinde dönerken atmosferik özellikleri simüle etmek için Dünya’nın iklimini tahmin etmek için kullanılanlara benzer üç boyutlu Genel Dolaşım Modellerini (GCM’ler) kullanmaktır. Bununla birlikte, bu karmaşık GCM’lerde, zıt iklim tahminlerine ve dolayısıyla dış gezegen gözlemlerini yorumlamamıza yol açan içsel farklılıklar mevcuttur.

Son yıllarda bilim adamları, Dünya’daki antropojenik iklim değişikliği ile ilişkili mevcut ısınma eğilimini yeniden üretmek ve anlamak amacıyla GCM’leri geliştirdiler. Kilit bir yaklaşım, iklimi birden fazla GCM ile modellemek ve bunları, Dünya’nın iklimi hakkındaki bilgimiz için temel olan Model Karşılaştırma Projeleri veya MIP’ler aracılığıyla karşılaştırmaktır.

Üç erken kariyer araştırmacısı tarafından yönetilen ekip – Thomas Fauchez (NASA GSFC, Amerikan Üniversitesi, ABD), Denis Sergeev (Exeter Üniversitesi, İngiltere) ve Martin Turbet (LMD, Fransa) – bu uzmanlığı ve son model yükseltmelerini üstlenmek için kullandı. Dünyanın önde gelen GCM’lerinden bazılarının, onları ötegezegenlerin çalışmasına uygulayan kapsamlı bir karşılaştırması.

Exeter Üniversitesi’nde doktora sonrası araştırmacı olan Dr. Sergeev, “Çok modelli karşılaştırmalar, modern iklim biliminin temel direklerinden biri ve uluslararası işbirliğinin bir başarı öyküsüdür. Bunlar, geçmiş, şimdiki ve gelecekteki iklim süreçlerini anlamamızda etkilidirler. Bu karşılaştırmaları ötegezegen araştırmalarına dahil ederek, nihayetinde teleskop gözlemlerini yorumlama yeteneğimizi geliştirebiliriz.”

THAI (TRAPPIST-1 Yaşanabilir Atmosfer Karşılaştırması) adı verilen önemli yeni proje, TRAPPIST-1e etiketli onaylanmış, Dünya boyutunda bir ötegezegen üzerine odaklanıyor. Dünyadan yaklaşık 40 ışıkyılı uzaklıkta bulunan bir kırmızı cüce TRAPPIST-1 olan ev sahibi yıldızından dördüncü gezegendir. En önemlisi, gezegenin yörüngesi TRAPPIST-1’in yaşanabilir bölgesi içinde yer aldığından, yüzeyinde sıvı su bulunmasına uygun ılıman bir iklime sahip olabilir.

Projeler, yaygın olarak kullanılan dört modeli bir araya getiriyor: ExoCAM (ABD Ulusal Atmosfer Araştırmaları Merkezi modeline dayalı), LMD-G (Paris’teki Laboratoire de Meterologie Dynamique tarafından geliştirildi), ROCKE-3D (NASA GISS modeline dayanıyor ) ve UM (İngiltere Met Office’te geliştirildi ve Exeter Üniversitesi’ndeki araştırmacılar tarafından ötegezegenler için uyarlandı) – TRAPPIST-1e’nin atmosferi için dört farklı senaryoyu değerlendirmek için.

Bunlar, yüzey için iki senaryodan (tamamen kuru ve atmosfer için nem sağlayan küresel bir okyanusla kaplı) ve atmosferik bileşim için iki senaryodan (modern Dünya CO2 seviyelerine sahip azot açısından zengin atmosfer) oluşuyordu.₂veya Mars benzeri bir CO₂-baskın atmosfer).

GCM’ler arası farklılıkların en büyük kaynaklarından biri bulutlardır: optik özelliklerinin, irtifasının, kalınlığının, kapsamının, bulut parametreleştirmelerindeki farklılıklar nedeniyle modeller arasında önemli ölçüde farklılık gösterdiği gösterilmiştir. Dr. Sergeev, “GCM’lerde küçük ölçekli nemli fiziği temsil etmek herkesin bildiği gibi zordur. Hem ötegezegen hem de Dünya iklim bilimi için atmosferik araştırmaların ana yollarından biridir.” Dedi.

THAI projesine liderlik eden Dr. Fauchez, “THAI, Dünya bilim topluluğunun antropojenik küresel ısınmayı inceleyen benzer çabalarından değerli uzmanlıktan yararlandı. Bununla birlikte, temel modeldeki iyileştirmeler yoluyla bilgiyi geri aktarabildi. exoplanet uygulamalarının bir parçası olarak geliştirilen çerçeveler.”

Bir GCM kullanımının gelecekteki veri yorumlamasını ve gözlemsel kampanyaların gelecekteki planlamasını nasıl etkileyebileceğini ilk kez göstermeyi içeren bu analizlerin sonuçları, tamamen açık erişimli üç makalede sunulmaktadır. Sonuçların tamamı 15 Eylül 2022’de özel bir sayısında yayınlandı. Gezegen Bilimi Dergisi (PSJ).

Ancak ekip, THAI’nin yalnızca potansiyel olarak yaşanabilir uzak dünyaların sağlam bir şekilde modellenmesinin yolunu açmayacağına, aynı zamanda Dünya’nın ötesinde yaşam bulma çabalarımızı kendi değişen iklimimizle ilgili çalışmalarla ilişkilendireceğine inanıyor.

Dr. Sergeev, “Dünya’dan çok farklı bir yörünge konfigürasyonuna sahip TRAPPIST-1e üzerindeki çalışmamız, örneğin, şimdi UM’de uygulanan ve Dünya’ya uygulanan atmosferin yıldız ısıtmasının işlenmesinde bazı iyileştirmeler ortaya çıkardı.”

THAI, daha geniş bir model arası karşılaştırma projesinin, sistematik olarak karşılaştırmak ve dolayısıyla bunları doğrulamak için daha geniş bir ötegezegen hedef ve model çeşitliliğini içerecek olan Dış Gezegen Çalışmaları İçin İç İçe Etkileşimli Karşılaştırmalı Karşılaştırma Paketleri Kullanan İklimler (MUTFAKLAR) için yolu açıyor.