Астрономы смоделировали климат экзопланет TRAPPIST-1e и TRAPPIST-1f — двух наиболее обсуждаемых экзопланет в системе TRAPPIST-1, расположенной примерно в 41 световом годе от Земли. Эти планеты считаются одними из главных кандидатов на наличие условий, потенциально совместимых с жизнью, однако их физическая среда остаётся крайне неопределённой.

Обе планеты находятся так близко к своей звезде — тусклому красному карлику типа M — что, вероятнее всего, находятся в приливном захвате. Это означает, что одна сторона планеты постоянно обращена к звезде и находится в «вечном дне», а другая — в «вечной ночи». Между ними формируется переходная зона, так называемая «терминаторная полоса», где условия теоретически могут быть наиболее стабильными.

Традиционно климат таких объектов моделируется с помощью трёхмерных глобальных моделей циркуляции атмосферы (General Circulation Models, GCM). Они учитывают множество физических процессов — от переноса тепла и динамики атмосферы до радиационного баланса. Однако такие модели требуют значительных вычислительных ресурсов, что делает невозможным быстрое исследование большого числа сценариев.

Альтернативой выступают более простые энергетические модели баланса (Energy Balance Models, EBM), которые рассматривают планету как систему, где входящая энергия от звезды уравновешивается излучением в космос. Они не воспроизводят детальную атмосферную динамику, но позволяют быстро оценивать общий тепловой режим планеты.

Источник: NASA / JPL-Caltech

В новой работе астрофизик Джейкоб Хакк-Мисра (Jacob Haqq-Misra) из организации Blue Marble Space использовал модифицированную модель HEXTOR (Habitable Energy balance model for eXoplaneT ObseRvations). Для адаптации к приливно-захваченным планетам Джейкоб заменил привычную географическую координату широты на долготу, чтобы корректно описывать перенос тепла от постоянной дневной стороны к ночной.

Для повышения точности модель была откалибрована по данным более сложных GCM-симуляций, полученных в рамках проекта TRAPPIST-1 Habitable Atmosphere Intercomparison (THAI) — международной программы по стандартизации климатического моделирования экзопланет. После калибровки HEXTOR смог воспроизвести среднюю глобальную температуру TRAPPIST-1e, близкую к 240,8 Кельвина, что согласуется с результатами более ресурсоёмких моделей.

Далее исследователь провёл около 6300 симуляций, варьируя поток излучения звезды и давление углекислого газа в атмосфере. Это позволило оценить широкий диапазон возможных климатических режимов.

Для TRAPPIST-1e наиболее вероятным сценарием оказался «прохладный» климат на дневной стороне, который может переходить в более тёплое состояние только при повышении парциального давления CO2 примерно до 0,1 бара. В таком случае поверхность может становиться свободной ото льда. При более низких значениях планета, по расчётам, остаётся холодной, хотя и не обязательно полностью замёрзшей.

TRAPPIST-1f показала значительно более холодный режим: в большинстве сценариев она остаётся «снежной», где даже дневная сторона покрыта льдом. Для перехода к полностью свободной ото льда поверхности требуется давление CO2 выше примерно 1 бара, что соответствует крайне плотной парниковой атмосфере.

Автор подчёркивает, что сама модель HEXTOR не предназначена для окончательных выводов о пригодности планет для жизни. Её роль — быстро перебирать тысячи возможных конфигураций и выделять наиболее перспективные сценарии, которые затем могут быть детально проверены с помощью более сложных климатических моделей.

Такой подход фактически формирует двухуровневую систему анализа: упрощённые модели работают как «разведка», а полноценные GCM — как инструмент точной проверки. Это особенно важно для таких систем, как TRAPPIST-1, где каждая новая гипотеза требует дорогостоящего моделирования и дальнейшего наблюдательного подтверждения, в том числе с использованием космического телескопа «Джеймс Уэбб».