木星は、太陽系の多くの天体の軌道ダイナミクスにおいて重要な役割を果たしています。特に火星の軸の傾きは、10 万年の時間スケールで 45 度以上変化し、離心率は同様の時間スケールで変化します。明らかに、火星の気候はこれらの変化に大きく影響されます。地球の軸の傾きに対する木星の影響は、地球の大きな月がなければ同様である可能性がありますが、木星の軌道が地球に近ければ、地球の離心率はより変動しやすくなります。
ゴダード宇宙研究所 ROCKE-3D (Way et al. 2017) 惑星大循環モデル (地球気候シミュレーションに使用される GISS の ModelE の GCM 派生物) を使用して、地球のような世界の気候に何が起こるかを調査します。火星は存在しませんでしたが、木星のような惑星が地球の軌道にはるかに近かった.同様の系外惑星系が将来発見される可能性が高く、そのような地球のような世界の気候安定性は、宇宙生物学者にとって興味深いものです。 GCM で使用される地球のような世界の軌道離心率の変動は、分析的な軌道進化モデルを使用して計算されました (Georgakarakos et al. 2016)。
GCM シミュレーションは完全に結合された海洋を利用し、最長のシミュレーションは 7000 年間実行されました。おそらく、この解像度 (4×5 度の水平解像度、20 の大気層、および 13 の海洋層) で実行された最長のシミュレーションは、別の惑星と完全に結合した海洋を持つ惑星でこれまでに行われたことはほとんどありません。これは、これらのタイプのシミュレーションは系外惑星の気候のスナップショット (～数百年) を見るためにしか使用できないという考えを覆し、発見された系外惑星の完全なミランコビッチ サイクル (約 40,000 年) にわたる居住可能性の潜在的な特徴付けへの扉を開きます。地球）
太陽系外惑星コミュニティは、完全に結合された海洋をほとんど避けています。これは、実行するには計算コストと時間がかかりすぎると考えているためです。それでも、わずか 23 個の高性能コンピューティング コアで、(保証されている場合に) 低解像度のシミュレーションを使用することで可能です。 Intel の Haswell チップセットを使用しました。もちろん、このようなシミュレーションのアンサンブルは、ここで行ったように、NCCS などの高性能コンピューティング プラットフォームを利用できます。
完全に結合された海洋は重要です。なぜなら、より単純な海洋モデルで得られる極端な気候を緩和するからです。たとえば、離心率が最大 (0.283) の場合、この惑星は最接近 (近点) で地球が受け取る太陽光の 1.8 倍、最も遠い (遠点) で 0.61 倍になります。
しかし、この世界は、最も接近しても湿ったまたは暴走する温室 (金星を考えてください!) に入ることはなく、最も遠く離れたところで凍りつくこともありません (火星を考えてください!)。この世界がこれらの量の太陽光のいずれかを継続的に受けた場合、居住性 (地表の液体水の持続性) の観点から気候を破壊することになります。これは、海を考慮することが居住性の評価に大きな違いをもたらすことを示しています.
この研究は、さまざまな分野のツールを組み合わせる NExSS 「システム サイエンス」アプローチの最新のデモンストレーションでもあります。ここでは、惑星軌道進化モデルによって駆動される地球気候モデルを使用しました。上記の計算コストと実行時間コストのために、これまで試みられていなかったもの。
参考文献
Way, M.、および Georgakarakos、N. 2016、地球のような世界の気候に対する可変離心率の影響、Astrophysical Journal Letters、835、L1.
Georgakarakos, N., Dobbs-Dixon, I., Way, M.J. 2016, 地球型惑星と巨大惑星を伴う惑星系の長期進化, MNRAS, 461, 2, 1512, doi:10.1093/mnras/stw1378
方法等。 2017 年、Resolving Orbital and Climate Keys of Earth and Extraterrestrial Environments with Dynamics (ROCKE-3D) 1.0:A General Circulation Model for Simulating the Climates of Rocky Planets、Astrophysical Journal Supplement Series 231:12。 (https://arxiv.org/abs/1701.02360)
