Naukowcy rozszerzają ekosferę egzoplanet. Powód jest zaskakujący

Ekosfera jest wyjątkowym obszarem wokół gwiazdy, gdzie panują odpowiednie warunki fizyczne i chemiczne, które umożliwiają powstanie, utrzymanie i rozwój organizmów żywych. Niekiedy okazuje się, że jest to niezwykle wąski obszar. Odnalezienie skalistej planety mającej swoją orbitę w ekosferze powoduje, że szansa na odkrycie na niej potencjalnego życia znacznie wzrasta. Niestety, rzadko się zdarza, by zarejestrować takie ciało niebieskie. 

Teraz zespół włoskich naukowców odkrywa nowe elementy kosmicznej układanki, które skutkują rozszerzeniem wspomnianej ekosfery. Wszystko dzięki jednemu, dobrze nam znanemu z Ziemi, czynnikowi.

Okazuje się, że to właśnie istnienie pokrywy roślinnej może zmienić (rozszerzyć) obszar ekosfery. Jak piszą badacze w swoim artykule: "Roślinność może modyfikować albedo powierzchni planety poprzez mechanizm Charneya, ponieważ rośliny są zwykle ciemniejsze niż goła powierzchnia kontynentów".

Albedo jest miarą tego, ile światła odbije dana powierzchnia (lub planeta) w przestrzeń kosmiczną. Przykładowo w naszym Układzie Słonecznym najwyższe albedo ma Enceladus (księżyc Saturna), które wynosi 0,99. Oznacza to, że 99 proc. energii słonecznej, która do niego dotarła, zostaje odbita z powrotem w kosmos. Dla Ziemi albedo wynosi 0,3 (30 proc.).

Jak wskazują specjaliści, planeta z pokrywą roślinną powinna być cieplejsza, niż planeta z "gołymi" kontynentami (w przypadku, gdy znajdują się w tej samej odległości od podobnych gwiazd). Mechanizm Charneya z kolei dotyczy sprzężenia zwrotnego między pokrywą roślinną a jej wpływem na opady.

W swoich rozważaniach badacze stworzyli model temperatury powierzchni Ziemi, gdzie uwzględnili pokrywę roślinną (lasy wchodzące w fazę siewek i fazę dojrzałości). Następnie "nałożyli" model na poszczególne hipotetyczne egzoplanety.

Naukowcy piszą: "W odniesieniu do świata z gołymi granitowymi kontynentami, efekt sprzężenia zwrotnego roślinność-albedo polega na zwiększeniu średniej temperatury powierzchni. Ponieważ trawy i drzewa wykazują różne albedo, wpływają one na temperaturę w różnym stopniu".

Dodają także: "Zmiana albedo spowodowana roślinnością rozszerza strefę nadającą się do zamieszkania i zwiększa ogólną zdatność planety do zamieszkania poza jej tradycyjną zewnętrzną krawędź".

W eksperymentach wzięto pod uwagę cztery sytuacje: światy leśne (całkowita dominacja drzew), światy trawiaste (całkowita dominacja traw), światy, gdzie jest współistnienie drzew i traw, a także światy dwukierunkowe. W ostatnim przypadku zasiedlanie powierzchni przez rośliny uzależnione jest od szerokości geograficznych.

Badacze doszli do wniosku, że pokrywa roślinna obniża albedo danej planety i jednocześnie ociepla klimat. Automatycznie rozszerza to zewnętrzną granicę ekosfery. Zauważono również, że wynik dynamicznej konkurencji pomiędzy trawami a drzewami na wpływ na rozmieszczenie roślinności na poszczególnych szerokościach geograficznych. Specjaliści stwierdzają, że: "Osiągnięty stan temperaturowo-wegetacyjny nie jest narzucony, ale wyłania się z dynamiki układu wegetacyjno-klimatycznego".

Dodatkowo model zastosowano do tzw. pseudo-Ziemi, gdzie planeta ma stały udział powierzchni oceanów na wszystkich szerokościach geograficznych (w sumie zajmuje 70 proc. powierzchni całkowitej). Wpływa to na rozmieszczenie kontynentów i udział procentowy powierzchni roślinności. Zastosowano go również na suchej pseudo-Ziemi, gdzie powierzchnia oceanów jest ograniczona tylko do 30 proc.

Okazuje się, że im więcej powierzchni zajmują kontynenty, tym większy jest wpływ roślinności na poziom ocieplenia klimatu. Światy trawiaste odznaczały się słabszym ociepleniem, gdyż trawa podnosi albedo. Jednakże przy leśnym świecie albedo spadało, przez co średnie temperatury rosły.

Naukowcy doszli do wniosku, że wyniki są napędzane przez konkurencję między drzewami a trawami o zasoby (wodę, urodzajne ziemie). Całość z kolei "kontrolowana" jest przez średnią temperaturę w pasmie równoleżnikowym. Największy wpływ roślinności na klimat notuje się na suchej pseudo-Ziemi.

Jak piszą badacze: "Badana tutaj dynamika jest niezwykle uproszczona i stanowi jedynie pierwszy krok w analizie interakcji roślinności z nadającą się do zamieszkania egzoplanetą. Przyszłe prace obejmą również uproszczony model bilansu węglowego w badaniach nad zdatnością planety do zamieszkania".

Dodają również: "To przedsięwzięcie powinno być postrzegane jako pierwszy krok programu badawczego mającego na celu włączenie głównych informacji zwrotnych klimatu i roślinności znanych dla Ziemi do oceny możliwości zamieszkania na egzoplanetach".

Wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie naukowym Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.