研究人员称，系外行星的气候：从宜居到地狱不费吹灰之力 _系外行星

失控的温室效应可以将一个表面有液态水海洋的温和宜居星球转变为一个对任何生命都不利的热蒸汽主导的星球。贷记:Thibaut Roger / UNIGE
据日内瓦大学：地球是一个奇妙的蓝绿色圆点，覆盖着海洋和生命，而金星是一个黄色的贫瘠球体，不仅不适宜居?。?而且贫瘠。然而，两者的差别只是温度的几度而已。来自日内瓦大学(UNIGE)的一组天文学家在CNRS实验室的支持下，成功模拟了失控的温室过程，这是世界上第一次能够将一个星球的气候从田园诗般的适合生命生存的环境转变为一个更加恶劣和充满敌意的环境。
科学家们还证明，从过程的初始阶段开始，大气结构和云层覆盖发生了重大变化，导致几乎不可阻挡且非常复杂的逆转失控的温室效应。在地球上，随着太阳亮度的轻微上升，全球平均温度仅上升几十度，就足以引发这一现象，并使我们的星球适合居住。这些结果发表在《天文学和天体物理学》上。
温室效应失控的想法并不新鲜。在这种情况下，一颗行星可能会从地球上的温和状态演变为真正的地狱，表面温度超过1000摄氏度。原因是什么？水蒸气，一种天然的温室气体。水蒸气阻止了地球吸收的太阳辐射以热辐射的形式重新射向太空。它收集热量有点像救生毯。少量的温室效应是有用的——没有它，地球的平均温度将低于水的冰点，看起来像一个覆盖着冰的球，对生命不利。
另一方面，过多的温室效应会增加海洋的蒸发，从而增加大气中的水蒸气含量。“水蒸气的数量有一个临界阈值，超过这个阈值，地球就无法再降温了。从那里，一切都被带走，直到海洋最终完全蒸发，温度达到几百度，”Guillaume Chaverot解释说，他是UNIGE科学学院天文系的前博士后学者，也是该研究的主要作者。
“到目前为止，气候学中的其他关键研究只关注了离家出走前的温带状态，或者离家出走后的可居住状态， ”该研究的合著者、CNRS实验室的研究员马丁·图尔贝特说。“这是第一次一个团队用3D全球气候模型研究转变本身，并检查气候和大气在这个过程中是如何演变的。”
这项研究的一个关键点是描述了一种非常奇特的云模式的出现，增加了失控效应，并使这一过程不可逆。“从跃迁开始，我们可以观察到一些非常密集的云在高层大气中发展。实际上，后者不再显示地球大气的逆温特征，并分离其两个主要层:对流层和平流层。“大气层的结构发生了深刻的变化，”查维罗特说。
在别处寻找生命的严重后果
这一发现是研究其他行星气候的一个关键特征，特别是系外行星——围绕太阳以外的其他恒星运行的行星。“通过研究其他星球的气候，我们最强烈的动机之一是确定它们拥有生命的潜力， ”该研究的合著者、宇宙中心(LUC)UNIGE Life的助理教授兼主任meline Bolmont指出。
LUC领导着最先进的跨学科研究项目，这些项目涉及地球上生命的起源，以及在太阳系以外的系外行星系统中寻找生命。“经过之前的研究，我们已经怀疑水蒸气阈值的存在，但这种云模式的出现是一个真正的惊喜， ”博尔蒙特说。
“我们还平行研究了这种云模式如何产生一种特定的签名，或‘指纹’ ，在观察系外行星大气层时可以检测到。下一代仪器应该能够探测到它，”Turbet说。该团队的目标也不仅限于此，Chaverot已经获得了一笔研究基金，将在“格勒诺布尔规划与天体物理学研究所”(IPAG)继续这项研究。研究项目的这一新步骤将集中于地球的特殊情况。
处于脆弱平衡中的地球
通过他们的新气候模型，科学家们计算出，太阳辐射的非常小的增加——导致全球地球温度的增加，只有几十度——将足以引发地球上这一不可逆的失控过程，并使我们的星球像金星一样不适宜居住。
当前的气候目标之一是到2050年将温室气体导致的全球变暖限制在1.5 。Chaverot的研究资助中的一个问题是确定温室气体是否会像太阳亮度的轻微增加一样引发失控过程。如果是这样，下一个问题将是确定两个过程的阈值温度是否相同。
因此，地球离这个世界末日的场景并不远。“假设这一失控过程将在地球上开始，海洋表面仅10米的蒸发将导致地面大气压力增加1巴。在短短几百年内，我们将达到超过500摄氏度的地面温度。后来，我们甚至会达到273巴的表面压力和超过1500摄氏度，那时所有的海洋将最终完全蒸发，”Chaverot总结道。