Uzaylıların hava durumunu tahmin etmenin daha hızlı bir yolu

Dünya’dan yaklaşık 41 ışıkyılı uzaklıkta bulunan TRAPPIST-1 sistemi, ötegezegenlerle ilgili pek çok tartışmanın odak noktası olmuştur; bunun başlıca nedeni, loş bir M-cüce yıldızının etrafında dönen onaylanmış yedi gezegene sahip olmasıdır. Bu gezegenlerden ikisinin (TRAPPIST-1e ve -1f) yıldızın yaşanabilir bölgesinde olduğu düşünülüyor. Bununla birlikte, M-cücelerin yaşanabilir bölgesi yıldızın kendisine o kadar yakın ki, gezegenler muhtemelen ona gelgitsel olarak kilitlenmiş durumdalar, bu da aralarında bir “alacakaranlık sonlandırıcı” ile kalıcı bir gündüz ve gece tarafına sahip oldukları anlamına geliyor.

Bu bilgiyle donanmış bilim insanları, bu iki ötegezegenin iklimini modellemeye çalışıyorlar ve Blue Marble Space’ten Jacob Haqq-Misra’nın yeni bir makalesi Google’a gönderildi. arXiv ön baskı sunucusu, bunu çok daha az hesaplama gücüyle doğru bir şekilde yapmak için yeni bir tür iklim modeli kullanır.

Bilim insanları genellikle dış gezegenlerin iklimlerini modellerken üç boyutlu Genel Dolaşım Modellerini (GCM’ler) kullanır. Bu son derece karmaşık modeller, ışınımsal aktarım, atmosferik dinamikler ve diğer fiziksel süreçler gibi özellikleri açıkça hesaplar. Ancak tüm bu hesaplamalar, hesaplama açısından çok pahalı oldukları anlamına geliyor ve bu da, bir gezegenin alabileceği karbondioksit veya yıldız enerjisi miktarı gibi birçok potansiyel değişkeni araştırırken bunların kullanımını zorlaştırıyor.

Yine de alternatifler var. Bilim adamları ayrıca Enerji Dengesi Modelleri (EBM’ler) adı verilen daha basit modelleri de kullanıyor. Tipik olarak yalnızca tek boyutta çalışan bu çok daha basit modeller (GCM’lerdeki üç boyutla karşılaştırıldığında), her bir yağmur damlasını veya sert rüzgarı modellemeye çalışmaz. Bunun yerine, ev sahibi yıldızın radyasyonundan gezegene gelen ve radyasyon yoluyla gezegeni uzaya geri bırakan enerjiye bakıyorlar. Bu iki değerin dengelenmesi, bir gezegenin ne kadar ısınma veya soğumaya maruz kalacağına dair genel bir gösterge sağlar ve çok daha az hesaplama yoğunluğu gerektirir.

Dr. Haqq-Misra, çalışması için belirli bir EBM’yi seçti; eXoplaneT Gözlemleri (HEXTOR) için Yaşanabilir Enerji dengesi modeli. Bununla birlikte, gelgit kilitli olmayan bir gezegende ekvatordan kutuplara kadar geleneksel enerji aktarımıyla karşılaştırıldığında, gezegenin “gündüz” tarafından “gece” tarafına sürekli enerji aktarımını modellemek için koordinat eksenini enlemden boylam’a değiştirerek gelgit kilitli bir gezegen için onu değiştirmek zorunda kaldı.

Dr. Haqq-Misra, modelinin doğruluğunu artırmak için, bu ilginç gezegen grubunun bazı özelliklerinin birleştirilmesine yardımcı olan standart bir dış gezegen simülasyonları seti oluşturan topluluk odaklı bir proje olan TRAPPIST-1 Yaşanabilir Atmosfer Karşılaştırması (THAI) projesinin bir parçası olarak, hesaplama açısından daha yoğun GCM’ler tarafından oluşturulan yüzey sıcaklıklarının bir arama tablosunu kullanarak kalibre etti. Bu kalibrasyon veri seti ve uzunlamasına modifikasyonu ile HEXTOR, TRAPPIST-1e için 240,8K’lık küresel ortalama sıcaklığı başarılı bir şekilde yeniden oluşturmayı başardı; bu, esasen daha karmaşık THAI GCM modellerinden elde edilen sonuçlarla eşleşiyor.

Kavramın bu kanıtıyla Dr. Haqq-Misra, güneş ışığı miktarını (gelen yıldız ışığı) ve gezegenin atmosferindeki karbondioksit basıncını ayarlayan 6.300 simülasyon çalıştırarak basitleştirilmiş modelin tüm avantajlarından yararlandı. TRAPPIST-1e için en muhtemel senaryonun “serin” bir gün tarafı olduğunu ve bunun “sıcak bir gün tarafı”na veya buzsuz bir duruma ancak CO2’nin salınması durumunda geçiş yapabileceğini buldu.₂ kısmi basınç yaklaşık 0,1 bar veya üzerindedir. Öte yandan TRAPPIST-1f muhtemelen bir “kartopu” gezegenidir ve gündüz tarafı bile tamamen buzla kaplıdır. Bir CO gerektirir₂ 1 bar’ın üzerindeki basınç gündüz tarafında tamamen buzsuz kalacak ve aslında devasa bir seraya dönüşecek.

Ancak gerçekte HEXTOR modelinin hiçbir zaman nihai bir sonuç sağlaması amaçlanmamıştı. Gerçek amacı, çalıştırdığı 6.300 simülasyondan hangisinin daha pahalı GCM’lerle takip edilmesinin en ilginç olacağını bulmaktır. Bir “keşif” ve takip eden ağır vurucu modellerden oluşan bu kombinasyon, James Webb Uzay Teleskobu gibi benzerlerine, bu ilginç güneş sistemini keşfetmeye devam ederken ve muhtemelen bildiğimiz şekliyle yaşamı destekleyebilecek bir atmosfer bulurken rehberlik edebilir.