太陽系外地球型水惑星の表層環境進化に関する理論的研究

太阳系外类水行星表面环境演化的理论研究

基本信息

批准号：
15J01965
负责人：
門屋辰太郎
金额：
$ 1.09万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J01965/
关键词：
系外惑星炭素循環ハビタブルゾーン気候進化

项目摘要

本研究の目的は，惑星の熱進化に伴う二酸化炭素脱ガス率の変化と，中心星の光度進化に基づいて，地球型水惑星の気候進化，特に地球型水惑星がハビタブルである継続期間を明らかにすることである．本年度は，中心星のスペクトル型が地球型水惑星の気候進化に与える影響を検討した．長波長の放射は惑星大気や水氷に吸収されやすいため，低温な星周りの地球型水惑星のほうが高温な星周りの地球型水惑星に比べ，日射量がより低い場合でも温暖な気候を維持できると考えられてきた．炭素循環の影響を考慮した場合にも低質量星周りのほうが温暖気候を維持しやすいという傾向は同様であり，特にハビタブルゾーン内縁部（i.e., 日射量が高い場合）では，低質量星周りの地球型水惑星のほうが，温暖な気候から全球凍結に遷移する臨界の二酸化炭素脱ガス率が低いことが確認された．一方，ハビタブルゾーン外縁部（i.e., 日射量が低い場合）では，炭素循環の持つ負のフィードバックの影響で大気中の二酸化炭素分圧が大きくなる．こうした高二酸化炭素分圧大気においては，大気の光学的厚さが厚くなり，中心星放射の吸収に対する地表面アルベドの影響が低下するため，中心星放射のスペクトルの違いによって生じる正味中心星放射量の差は小さくなる．その結果，ハビタブルゾーン外縁部では，中心星質量の違いによる臨界二酸化炭素脱ガス率の違いは小さいことがわかった．前年度までの成果と併せると，地球型水惑星が温暖な気候を維持できる期間は，中心星のスペクトル型や質量（i.e., 光度進化のタイムスケール）の影響を受けず，典型的に約40億年程度であるということがわかった．こうした成果から，今後の系外惑星観測において地球に類似した温暖な惑星を見つけるためには，軌道要素だけではなく，惑星系の年齢を考慮し，特に若い惑星系に注目することが必要であると考えられる．

这项研究的目的是根据行星热演化所伴随的二氧化碳脱气速率的变化以及中心恒星的光度演化来研究类地水行星的气候演化，特别是宜居类地水行星的持续时间。澄清一下。今年，我们研究了中心恒星的光谱类型对类地水行星气候演化的影响。由于长波长辐射很容易被行星的大气层和水冰吸收，因此冷恒星周围的类水行星即使太阳辐射比热恒星周围的类水行星低，也可以维持较温暖的气候。即使考虑到碳循环的影响，也存在类似的趋势，即低质量恒星周围更容易维持温暖的气候，特别是在宜居带的内边缘（即当太阳辐射较高时））已证实，对于陆地水行星来说，气候从温暖气候过渡到全球冰冻的临界二氧化碳脱气速率较低。另一方面，在宜居带的外缘（即太阳辐射较低时），由于碳循环的负反馈，大气中二氧化碳的分压增加。在如此高的二氧化碳分压大气中，大气层的光学厚度增加，表面反照率对中心恒星辐射吸收的影响减小，从而导致中心恒星辐射光谱差异产生的净中心恒星辐射。差异变得更小。结果发现，在宜居带的外缘，由于中心恒星质量差异而导致的临界二氧化碳脱气率差异很小。结合上一年的结果，类地水行星能够维持温暖气候的时期不受中心恒星的光谱类型和质量（即光度演化的时间尺度）的影响，通常约为40事实证明，它大约有1亿年的历史。基于这些结果，为了在未来的系外行星观测中寻找与地球相似的温暖行星，不仅需要考虑轨道因素，还需要考虑行星系统的年龄，并且特别关注年轻的行星系统。。